Способ измерения частоты пролета электронов в диоде ганна

Способ измерения частоты пролета электронов в диоде ганна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

астме, M ip «. Р ".

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВ 1ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

»i 533893

Союз Советских

Социалистических

Реслублчк (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 31.1 .74 (21) 2090579 25 (51) М. Кл.- i6i 01К 31/26

Н 011 47/02 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 30.10.76. Б!оллетень ¹ 40

Дата опубликования описан!1я 09.11.76

Государсгвенкый комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 621.382(088.8) ло делам изобретений н открытий (72) Авторы изобретения В. В. Роздобудько, Ю. И. Алексеев, А. С. Головкин и В. А. Малышев (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ПРОЛЕТА ЭЛЕКТРОНОВ

В ДИОДЕ ГАННА

Изобретение относится к полупроводниковой технике СВЧ, и, в частности, к технике, где диоды Ганна используются в качестве активных элементов. Точное определение частоты пролета 1,,1, в двухдолинпых полупроводниках имеет большое значение, поскольку абсолютно

Всс мето Ib! расчета характеристик усилителей и генераторов на диодах Ганна используют t â качестве основной величины. Частоту про.!ета д.и диодов с По1. 10-1 - см — "-, где

По- — концентрация электронов, L — длина образца GaAs, т. е. диодов субкритически легированных, определяют, при известной L, путем измерения скорости дрейфа электронов V.

Часто-:а пролета в этом случае

/пр

Известные способы определения скорости дрейфа электронов (а следовательно, и частоTbl п1золета электронов) ilpesBblчайно c ioiYHb!, требуют применения специалтя ой аппаратуры и вместе с тем пс обладают даже необходимой для инженерной практики точностью: значения, измерс1ные разными исследователями, значи 1 ел!. но Отличаlотся друГ От друГа.

Крох!с ТОГО, при таком сiiocoGQ Определения частоты пролета, последняя нс может быть

Определена В копстру! тивно О!!)орк!ленных диодах Ганна.

Частота пролета для диодов с По1.

10г- аСМ вЂ -, т. Е. дИОдОВ СуПЕрКрнтИЧЕСКИ ЛЕГИрОванных, когда в образце GaAs существует домен сильного поля, может быть определена в конструктивно оформлен Iblx диодах Ганна чрп условии включения пх в нерезонансную цепь. В этом случае с подачей на диод напряжеьп!я питания изменяется частота генерации, последняя приравнивается к частоте пролета.

10 В нерезонансной цепи требуется обеспечить отсутствие резонансов не только на частоте пролета, но и на гармонических частотах ввиду того, что спектральные составляющие импульсов тока домена имеют значительную амплитуду. Обычно обеспечить отсутствие резоI1aiIcÄbi условии в достаточно широкои полосе частот не удается ввиду наличия паразитных элементов корпуса диода. В настоящее время в большинстве случаев частоту пролета для диодов с ПоL 10 см †- определяют пз приближенного соотношения з

V ! пр—

25 где V-,— скорость дрейфа домена принимается независимой oi поля и равной 10 см/сек для

Образцог. с подвижностью в слабом поле .11, = 5000 — 6000 см -/сек.

b, L принимается равной длине исходного

30 образца таАв без учета влиящи контактов, 533893

Эффективную длину дрейфа дом(IIQ)5 I(3-:t<) влияния ко()тактов исвозмо I I)o I(s(<)cp)IT)i. If))IIближсппо L«,I; оценивают как:

L,ф —, 0,8 —:-0,95/ .

Этот метод дает погрешности в случае pac))ространсння его па диоды с П«1.= (0,5 —: —:2) 10"- см — т. е. когда скорость дрейфа домена значительно зависит от приложенного поля. На практике диоды Ганна изготавливают с П«Е= (0,5 —:2) 10"- см —, поскольку и((сино с такими значениями П«1. диоды обеспечивают максимальный к. п.д.

Цель изобретения — увеличение точности измерения частоты пролета в конструктивно оформленных диодах Ганна.

Цель достигается тем, что диод Ганна помещают в псрсстраиваемую по частоте колебательную систему с постоянной холодной добротностью, подвергают диод Ганна синхронизации малым сигналом при постоянном коэффициенте усиления в диапазоне частот, измеряют относительную полосу синхронизации; при этом по частоте работы диода, на которой относительная полоса синхронизации имеет максимальное значение, судят об измеряемой частоте пролета.

Вывод о соответствии частоты, на которой получено максимальное значение полосы синхронизации частоте пролета может быть сделан на основе анализа проводимости диода

Ганна. Реактивная проводимость диодов с

П,1.= (0,5 —:2) 10" см — имеет смкостной характер во всем диапазоне существования отрицательной проводимости. Динамическая емкость образца GaAs резко изменяется в диапазоне частот и имеет ярко выраженный минимум на пролетной частоте. Кроме того, динамическая емкость обычно используемых в диапазоне СВЧ диодов Ганна имеет величину, сравнимую с распределенными реактивностями резонаторов сантиметрового диапазона.

Поэтому в выражении для нагруженной добротности колебательной системы генератора, определяемой как

„(Св+ С-,,C,) (1)

6« где 0«, проводимость нагрузки, приведенная в зажимах диода;

Ср — распределительная емкость резонатора;

ф— паразитная емкость корпуса диода и элементов его крепления, входит претериевающая сильное изменение в диапазоне часто г величина С, Ясно, что при постоянных в диапазоне частот С„, Ср и 6«или, точнее, при постоянной величине холодной добротности ,(с„+ с,) в«в 1

Gtt также будет иметь резко выраженный минимум на частоте пролета, а определяемая в со()THc! стяни с (I>()l)му.(()Й (2)

5 относительная ширина полосы синхронизации

Ьу — .)аксимальнос зна )ение па той жс

fo частоте, 10 где fp — частота свободных колебаний генератора;

Л(- — полоса синхронизации;

P<> — мощность сигнала синхронизации;

Р, — мощность генератора при отсутствии

15 синхросигпала;

Ро — — коэффициент усиления синхронизиРс руемого гснсратора.

Af

20 Регистрация максимального значения в

fo диапазоне частот позволяет определять частоту пролета f«<>.

Структурные схемы измерительных устано25 вок, позволяющих регистрировать характериAf стики синхронизируемого генератора и

fo

Ро —, а также контролировать постоянство в

30 диапазоне частот нагруженной холодной добротности системы гснератора

"о (бп + бв)

< вн—

It приведены на фиг. 1 и 2 соответственно, где

1 — генератор стандартных сигналов, используемый в качестве источника сигнала синхронизации, 2 — измеритель мощности, контроли-10 рующий мощность генератора 1, 3 — перекгпочатель, 4 — циркулятор, служащий для развязки цепей генератора 1 и генератора на диоде

Ганна, 5 — генератор на диоде Ганна, 6 — источник питания диода Ганна, 7, 8 — направленный отвствитель и анализатор спектра, позволяющий регистрировать процесс синхронизации; 9 — частотомер проходного типа, с помощью которого измеряются полоса синхронизации и частота генератора Ганна 5; 10 — из50 меритсль мощности, контролирующий мощность генераторов Ганна; 11 — измерительная линия; 12 — регистрирующий прибор.

Холодная добротность колебательной системы генератора может быть измерена по струк55 турной схеме фиг. 2 известными методами.

Процесс измерения по схеме фиг. 1 заклю;астся в следующем: в зависимости от выходной мощности генератора Ганна 5 задается такой уровень мощности генератора 1, чтобы

60 Рс отношение оставалось постоянным и доРо статочно малым = — (10 — 20)(УВ. При данном

Рс — — измеряются полоса синхронизации и ча65 Ро

533893.Выходная

МОЩНОСТЬ генератора

Р„мвт

Генерируемая частота

ГГц

Полоса синхронизации

Л7 Nr((Л f!О ) бв:r

7,50

3,0

7,0

2,2

30,0

56,0

61,0

16,0

0,400

0,875

8,00

12,0

8 5

9,00

32

33

24

14

10,5

2,600

3,300

5,900

8 5

9,50

9,75

10,00

5 0

6, 50

7,800

78,0

10,25

10,50

11,00

67,0

58,0

38,0

6,500

5,500

3.450

4,1 сп)та гсисрат()ра li отсутстиис сигна I;1 г Ifcj)3тора 1.

11овторяя оиисанньш процесс измерения для нескольких точек частотного диапазона, можAf

»о найти зависимость — (р(10„), где индекс

fo

n — указывает частотные точки работы генератора, на которых производится измерение.

Экстремальное (максимальное) значение

Af

fo — соответствует частоте пролета f„. с . НР.

Предлагаемый метод измерения частоты пролета электронов в ((аЛз в отличие от известных позволяет достаточно просто и с необходимой точностью определить ее непосредственно в резонансной цепи. Предлагаемый метод измсрсния может быть использован в качестве одного из основных при контроле параметров диода Ганна.

Синхронизации подвергался генератор, коОбщее изменение выходной мощности в диапазоне 2,5 ГГц, не превышает 4dB. Частота пролета исследуемого диода равна частоте генерации (10 ГГц), при которой относительная полоса синхронизации имеет максимальное значение.

Холодная добротность определяется при вставленном в резонатор диоде без подачи на него напряжения смещения, т. е, с учетом всех паразитных параметров корпуса диод и элементов его крепления. Холодная добротность претерпевает изменение в диапазоне частот более чем в 2 раза, но это изменение не оказывает существенного влияния при определении частоты пролета диода., I C03TC, IhIl fi)f с! 1 ОТс)13 I(OT<)pOI 0 вь1110, I IIC113 113

О. i!01)(КОРОТКОЗ!)МКНУТОГО ОТРСЗК3 ВОЛНОВОД3

23 10 мм - . Частотная перестроика в диапазоне 7,5 —;11,5 ГГц осуществлялась передвижным

5 контактным поршнем, согласующие элементы типа штырей, диафрагм — нс примспялпсь.

Использусмыс диоды Ганна имели следующие параметры: подвп)кность в слабом поле 1(1)6000 см /

1р /в. сек; длина образца G3As L= (10 —:11) .10 — см; произведение П()/.= (1 †: 1,5)10 "- ем †; сопротивление в слабом поле Rf) — — 10 ом; пороговое напряжение U,=3,8 в;

15 пороговьш ток /„=255 ма.

Известно, что для диодов используемого типа частота пролета может находиться в пределах 9,5 — 10,5 ГГц.

Все результаты экспсримента по определе20 ншо частоты пролета для диода с вышеуказанными парамстрамп приведены в таблице.

Формула изобретения

Способ измерения частоты пролета электронов в диоде Ганна, основанный на включении

25 диода в электрическую цепь и измерении частоты его генерации, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения, диод Гаш(3 помещают в перестрацвасмую по частоте колебательную систему с постоянной

30 колодной добротностью, подвергают диод Ганна синхронизации малым сигналом при постоянном коэффициенте усиления в диапазоне частот, измеряют относительную полосу синхронизации и по частоте работы диода, на кото35 рой относительная полоса синхронизации имеет максимальное значение, судят об измеряемой частоте.

533893 фиа.1 иг.2

Составитель Ю. Мухортов

Текред М. Семенов

Корректор Н. Аук

Редактор Н. Коляда

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2354/16 Изд. М 1700 Тираж 1029 11одписпое

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий! 13035, Москва, К-35, Раушская наб., т. 4 5