Ma’ruza №20 yarimo‘tkazgich diodlar (2-qism) Tunel va o’girilgan diodlar

Yuqori chastotalarda ishlovchi diodlar


Ko'chkili uchma diod generatsiyalovchi diodlarning bir ko‘rinishini tashkil etadi. Yuqori chastotalarda uning VAXida, p-n o‘tishda ko‘chkili teshilish sodir bo'lganda, manfiy qarshilikka ega soha hosil bo'ladi. Agar ko'chkili uchma diod rezonatorga joylashtirilsa unda chastotasi 100 Gs gacha bo'lgan so'nmas elektr tebranishlar hosil bo'ladi. O'ta yuqori chastotalarga 300 MGs dan 300 GGs gacha diapazondagi tebranishlar kiradi va detsimetrli, santimetrli, millimetrli to'lqin uzunlikdagi tebranishlarni o'z ichiga oladi.
O'ta yuqori chastotalar diapazondagi tebranishlarni ko'chkili uchma diodlar yordamida generatsiyalash va kuchaytirish uchun ikkita shart qanoatlantirilishi zarur:
a) diodga tashqi o'zgarmas kuchlanish berilganda, uning tuzilmasi ma’lum uchib o'tish vaqtiga ega bo'lgan elektronlar to'plamlari hosil bo'lishini ta’minlashi kerak;
b) diod albatta RLC parametrlari tarqoq tebranish konturga ekvivalent o'ta yuqori chastotalar rezonatorga ulanishi kerak. Bunda uchish vaqti bilan aniqlanadi-gan davriy takrorlanuvchi elektronlar to'plami o'z energiyasini signalni kuchayti-rishga yoki rezonatordagi quvvat yo'qotishlarni kompensatsiyalashga sarflaydi va shu bilan so'nmas tebranishlarni saqlab qoladi.
Kuchaytirish yoki generatsiyalash rejimiga mos shartlarni elektron asboblar-ning manfiy dinamik (differensial) qarshiligi (MDQ) bilan xarakterlash qabul qilingan. Elektron asbobda MDQ ning mavjudligi uni energiya yutuvchi sifatida emas, balki o'zgaruvchan tok energiyasi manbayi sifatida qarash kerakligini anglatadi.
Ko'chkili uchma diod – yarimo'tkazgich asbob bo'lib, uning ishlash prinsipi o'ta yuqori chastotalar diapazonda zaryad tashuvchilaming ko'chkisimon ko'payishi
va ularning elektr maydon ta’sirida uchib o'tishi natijasida MDQ hosil bo'lishiga asoslanadi.
Ko'chkili uchma diod asosidagi quvvat kuchaytirgichlar radioreleli va sun'iy yo'ldoshli aloqa tuzilmalarida qo'llaniladi. Ko'chkili uchma diod tuzilmasi va u asosidagi generatorning elektr sxemasi 20.3-rasmda ko'rsatilgan.

20.3-rasm. Ko’chkili uchma diod asosidagi generator elektr sxemasi.


RLC mikroto'lqinli rezonatorni tashkil etadi. Ko'chkili uchma diodda xususiy avtotebranishlarni tashqi rezonans kontursiz ham uyg'otish mumkin. Ko'chkili uchma diod parametrlari va teskari kuchlanish U qiymati shunday tanlanadiki, p⁺-n o'tishdagi elektr maydon kuchlanganligi 10⁵ V/sm, i-sohada esa 5-10 kV/sm bo'lsin.
Elektr maydon kuchlanganligi E_L ga yetganda yarimo'tkazgich kristall panja-rasi atomlarining zarbdan ionlashuvi boshlanadi. Zarbdan ionlashuv natijasida zar-yad tashuvchilarning ko'chkisimon ko'payishi kuzatiladi. Elektr maydon kuchlan-ganligi i – sohada to’yinish kuchlanganligidan kata bo'lgani sababli zaryad tashuv-chilar dreyf tezligi maydon kuchlanganligiga bog'liq bo'lmaydi va ϑ_to’y=10⁷ sm/s ni hosil qiladi.
Elektr zanjirlarda doim mavjud bo'ladigan elektr toki yoki kuchlanishi fluktu-atsiyalari hisobiga sxemada hosil bo'lgan birlamchi tebranishlar qurilmani generat-siyalash rejimiga o'tkazadi. Tebranish konturida elektr maydonning o'zgaruvchan tashkil etuvchisini belgilovchi U=U_msinωt o'zgaruvchan kuchlanish hosil qilinadi,

Musbat E yarim davrlarda p⁺-n o'tishda elektron-kovak juftliklar generatsiyala-nadi. E ortib borishi bilan vaqt birligi ichida hosil bo'layotgan zarrachalar soni shunday ortadiki, E musbat yarim davri oxirida eng ko'p zaryad tashuvchilar hosil bo'ladi. Kovaklar p⁺-n o'tishdan p⁺- sohaga siljiydi, elektronlaming asosan ko'p qismi Q zaryadli to’plam sifatida p⁺-n o‘tish maydoni hisobiga L qalinlikka ega bo'lgan va dreyf qatlami deb ataluvchi i-sohaga o‘tadi. Dreyf qatlamida elektronlar o'rtacha ϑ_to’y tezlik bilan n⁺ - sohaga siljiydi.

Elektr maydon tezlatuvchi maydondan sekinlatuvchi maydonga o'tish vaqtida elektronlar to‘plami dreyf sohasida harakatlanishga boshlaydi. Agar dreyf qatlami uzunligi L da elektronlarning uchib o‘tish vaqti τ_DR tebranishlar davri yarmiga yaqin (τ_DR=T/2) qilib olingan bo‘lsa, elektronlar to‘plami L ning butun uzunligida yuqori chastotali maydon bilan tormozlanadi va unga o‘z energiyasini berib boradi.
Kinetik energiya uzatilishi elektronlar to‘plamining kristali panjara bilan to‘qna-shuvlari orasida sodir bo'ladi. Elektronlar o ‘zining bir qism energiyasini yuqori chastotali maydonga uzatishi ko’chkili uchma diod manfiy differensial qarshilikka ega ekanini anglatadi.