нии, но с увеличением последнего туннельный ток Достигает максимума (точка В) и начинает уменьшаться. Это приводит к тому, что на характеристике диода появляется спадающий участок ВС, где диод приобретает свойства отрицательного сопротивления. При дальнейшем увеличении прямого напряжения участок ВС сменяется восходящей ветвью СД, аналогичной прямой ветви обычного диода.

Рис. 8.32. Вольт-амперные ш-

рактцрнстиви: / - диода с барьером Шотки; 2 -

р-п перехода

Область отрицатель-\HOBo- сопра- тивлЕния

Рис. 8.33. Вольт-ампериая характеристика туннельного диода

Туннельные диоды применяются как активные элементы в СВЧ генераторах и усилителях, а также в качестве быстродействующих переключательных элементов (время переключения менее 1 не) ib бистабильных устройствах. В зависимости от применения туннельные диоды делятся на усилительные, генераторные и переключательные. У усилительных диодов стремятся обеспечить минимальный ко1Э1ффициент шума, у генераторных - большое значение тока в точке максимума вольт-амперной характеристики, а у переключательных - широкую область впадины (Vn-Vn на рис. 8.33).

Лавинно-пролетные диоды. В отличие от туннельного диода лавинно-пролетные имеют вольт-амперную характеристику (рис. 8.34), которая похожа на характеристику обычного р-п перехода (без спадающего участка с отрицательным сопротивлением,). При повышении обратного напряжения до нескольких десятков вольт происходит процесс лавинного пробоя запирающего слоя. Если не принять мер для ограничения тока, то лавинный пробой перейдет в тепловой, и в результате этого диод выйдет из строя.

Рис. 8.34. .Вольт-амперяая характеристика лавинно-пролет-ного диода

Допустим, что такой диод включен в цепь резонатора. Предположим, что в резонаторе изнза тепловых флуктуации или других причин существуют установившиеся колебания U {t). Если к р-п переходу кроме этого напряжения приложено постоянное напряжение начала лавинного пробоя t/np, то в связи с сильной зависимостью тока диода от (приложенного напряжения в цепи диода возникают импульсы тока I(t) (см. рис. 8.34). Синфазность импульсов тока с ускоряющим полупериодом переменного напряжения наблюдается на относительно низких частотах. Поскольку на образование лавины требуется некоторое время, то на достаточно высокой частоте им(пульс тока в полупроводнике отстает на четверть периода от вызвавшего его положительного (ускоряющего) полупериода переменного напряжения. За счет конечного времени пролета носителей заряда в р-п переходе импульс тока отстает от приложенного напряжения еще на четверть периода. В этом случае будет наблюдаться эффект отрицательного сопротивления, поскольку образовавшийся сгусток свободных зарядов будет тормозиться изменившим свое направление переменным электрическим полем, отдавая в цепь резонатора часть энергаи. Если потери в резонаторе окажутся достаточно малымй, то возникнут незатухающие колебания, т. е. устройство превратится в генератор. При неполной комиеисации потерь возбужденные в резонаторе колебания, как в усилителе, будут увеличены по амплитуде.

При существенном отклонении от угла я/2 усиление и генерация невозможны. А это означает, что эффект отрицательного сопротивления у таких диодов возможен только в некотором (узком) диапазоне СВЧ.

Диоды Ганна имеют однородную полупроводниковую структуру (без перехода) с невыпрямляющими контактами выводов. Вольт-амперная характеристика диода Ганна, снятая на постоянном токе, в начальной части подобна характеристике обычного резистора. На СВЧ диод Ганна обладает отрицательным сопротивлением. Появление отрицательного сопротивления на отдельных определенных частотах СВЧ диапазона обусловлено объемными эффектами, возникающими при высокой напряженности электрического поля в некоторых полупроводниковых материалах (арсенид галлия). Упомянутые эффекты были обнаружены в 1963 г. английским физиком Д. Ганном, установившим, что при приложении электрического поля, превышающего некоторое критическое значение, к произвольно ориентированным однородньш образцам с двумя омическими контактами во внешней цепи возникают колебания тока. Период колебаний приближенно равнялся времени пролета электронов от катода к аноду, и для использованных Ганном образцов частота колебаний лежала в СВЧ диапазоне. Полученные впоследствии объяснения этому эффекту говорят о том, что колебания в полупроводнике и отрицательное сопротивление диода определяются возбуждением носителей высоким напряжением, которые за счет возбуждения переходят из

низколежащей долины зоны проводимости, где их подвижность велика, в обычно незаполненную долину, где их .подвижность мала.

Главным достоинством диода Ганна является то, что в нем, в отличие от других диодов и транзисторов, работает весь Объем, а не узкая область р-п перехода. Благодаря атому на .базе диодов Ганна имеется возможность создания наиболее эффективных и мощных усилителей и генераторов СВЧ на твердом теле, обеспечивающих выходную мощность до нескольких киловатт в импульсе или несколько ватт в непрерывном режиме.

P-i-n диоды внутри р-п перехода имеют большой толщины обедненный i-слой (до 0,5 мм). Сопротивление p-i-n диода поч-ти полностью определяется ,про.вод:им.остью {-слоя, которая при обратном включении носит в .основном емкостной характер, а при прямом - чисто активный. Емкость p-i-n диода вследствие большой толщины i-слоя очень мала и не зависит от приложенного напряжения. Прям.ое сопротивление так же, как и у обьгчных диодов, обратно пропорционально прямому току; Большая тол.щина слоя позволяет получить высокие пробивные напряжения. P-i-n диоды применяются для коммутации, стабилизации, регулируемого ослабления, модуляции и ограничения мощности СВЧ сигналов.

Параметрический (варакторный) диод является полупровод-никовыМ прибором, который используется как элемент цепи с переменным реактивным .сопротивлением (емкостным). По своей структуре параметрические диоды разделяются на диоды с р-п переходом и контактами металл - 1Полупро1ВОДник (диоды с барьером Шотки). Наиболее перспективными являются последние. Изменение реактивного сопротивления обусловлено тем, что емкость р-п перехода или барьерная емкость контакта металл - полупроводник изменяются под воздействием приложенного напряжения. .Это позволяет использовать параметрические диоды для модуляции или переключения СВЧ сигналов; генерирования гармоник управляЮЩего сигнала; усиления СВЧ колебаний; преобразования частоты одного из двух подводимьгх .сигналов. Параметрические диоды используются в режиме Обратного смещения. Малый обратный ток параметрического диода в рабочем режиме позволяет получить очень малый коЭффициент шума параметрических усилителей на этих диодах.

Транзисторы. В настоящее время разработаны конструкции полевых и биполярных транзисторов, работающих в схемах ге-нератор.ов и усилителей на частотах более 30 ГГц.

На рис. 8.35 представлена эквивалентная схема транзистора. Она аналогична схеме, используемой для низкочастотных транзисторов, с той лишь разницей, что в нее дополнительно включены элементы, не оказывающие .существенного влияния на работу транзистора на более низких (частотах. Элементы схемы внутри штриховой линии (рис. 8.35) относятся к полупроводнику, а вне ее - к корпусу. Индексы э относятся к эмиттеру,