ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

6. Электротехника и радиоэлектроника

О.П. Головко

Запорожская государственная инженерная академия

Використання НВЧ-діодів в автодинах

Характерною особливістю напівпровідникових НВЧ-діодів є ділянка з негативним опором на вольт – амперній характеристиці. Під дією НВЧ-випромінювання на напівпровідникові елементи з негативним опором за умови зміни рівня його потужності спостерігається зміна постійного струму, що протікає через них. Зміну режиму роботи приладу під дією НВЧ – хвилі можна розглядати як прояв ефекту детектування [1]. Виникнення НВЧ - коливань в електричній схемі з нелінійним елементом внаслідок його детектуючої дії призводить до появи додаткової складової постійного струму , тобто виникає так званий ефект автодинного детектування [2].

Величина визначається параметрами НВЧ – хвилі:

,

де U – напруга НВЧ – хвилі; T – період коливань НВЧ – хвилі, с; I – струм через діод, А; t – час, с.

Ефект автодинного детектування в напівпровідникових НВЧ - генераторах дозволяє створити пристрої, що виконують кілька радіотехнічних функцій в одному елементі - автодини. Радіоелектронний пристрій, в якому одночасно здійснюються процеси генерування на частоті, відмінній від частоти, що приймається, прийнято називати автодином.

Автодини на напівпровідникових генераторах до теперішнього часу використовуються переважно для виявлення об'єктів, що рухаються. У найближчій перспективі важливою областю застосування автодинів має стати контроль параметрів матеріалів і середовищ, що ґрунтується на встановленні залежностей величини продетектованого НВЧ-сигналу від параметрів контрольованих величин: діелектричної проникності й провідності. Виміри за допомогою таких приладів засновані на порівняння з еталонами, а точність виміру визначається насамперед точністю еталонування.

Для створення автодинів для контролю параметрів матеріалів і середовищ можна використати НВЧ - підсилювачі на швидкодіючих біполярних транзисторах або НВЧ - генератори на лавино-пролітних діодах, інжекційно-пролітних діодах (ІПД), тунельних діодах і діодах Гана. Для визначення оптимальної елементної бази автодинів порівняємо характеристики напівпровідникових НВЧ - діодів (таблиця).

Таблиця - Порівняльні характеристики напівпровідникових НВЧ-діодів

Тип діода	Потужність, Вт	Коефіцієнт корисної дії, %	Напруга, В	Шуми, дБ
Лавино-пролітний	~10^1	≤ 15	~10^1	25
Інжекційно-пролітний	~10^-2	~ 10^0	~10^1	5
Діод Гана	~10^-2…1	Залежно від режиму роботи	4,5…11	10…12
Тунельний	~10^-6…10^-5	~ 10^0	~10^1	5

З таблиці видно, що лавино-пролітні діоди забезпечують найбільшу величину коефіцієнта корисної дії та потужності коливань, але характеризуються високим рівнем шумів. Високі шуми цих діодів є наслідком шумів, що супроводжують утворення електронних лавин. Виходячи з таких характеристик, автодини на лавино-пролітних діодах доцільно використовувати для приведення в дію автоматичних пристроїв.

Інжекційно-пролітні діоди характеризуються малою потужністю генерування. Завдяки низькому рівню шумів і малій напрузі живлення такі діоди є перспективними для доплерівських автодинів.

Тунельні діоди найбільш зручні для аналізу, тому що їхня еквівалентна схема більш проста й точна, ніж схеми інших напівпровідникових приладів. Із практичної точки зору тунельний діод є найбільш прийнятним для створення малопотужних автодинів у короткохвильовій частині сантиметрового діапазону.

Діоди Гана широко використовуються для створення надшвидкодіючих електронних пристроїв з часом перемикання ~ 10^-10 с. Як видно з таблиці, їхня потужність значно вища, ніж у тунельних та інжекційно-пролітних діодів, а шуми нижче, ніж у лавино-пролітних діодів. Застосування в автодинних генераторах діодів Ганна в порівнянні з генераторами, що використовують інші напівпровідникові активні елементи, дозволяє забезпечити переваги за сукупністю таких параметрів, як максимальна робоча частота, вихідна потужність, стабільність частоти, споживана потужність живлення [3].

Таким чином, для створення надшвидкодіючих і достатньо потужних автодинів, призначених для контролю параметрів матеріалів і середовищ, доцільно використовувати діоди Ганна.

Література

1. Усанов Д.А., Авдеев А.А. Использование эффекта автодинного детектирования в генераторах на диодах Ганна для двухпараметрового измерения диэлектриков // Дефектоскопия. - 1995. - №4. - С.42-45.

2. Усанов Д.А., Скрипаль А.В. Эффект автодинного детектирования в генераторах на диодах Ганна и его использование для контроля толщины и диэлектрической проницаемости материалов // Изв. ВУЗов. - Радиоэлектроника. - 1987. - Т.30. - №10. - С.76-77.

3. Усанов Д. А., Горбатов С. С., Семенов А. А. Изменение вида вольт - амперной характеристики диода Ганна в зависимости от режима его работы на СВЧ // Известия ВУЗов. - Радиоэлектроника. - 1991. - Т.34. - №5. - С.107-108.