При рассмотрении доменных режимов время образования домена считалось пренебрежимо малым. В реальных случаях эта величина конечна, что искажает картину. Поэтому верхний частотный предел существования доменных режимов можно оценить, полагая, что время формирования домена должно быть значительно меньше периода СВЧ-колебаний, например Тд < 0,1Г = 0,1 . Время образования домена связано с концентрацией носителей в полупроводнике Тд (1,5 6) Юуо. Следовательно, / < о (1.5 -ь6)-10. Для типичной концентрации - 10 см~ /<. (0,15 - 0,6) 10* Гц. Это позволяет сделать вывод о том, что доменные режимы работы ГДГ на практике реализуются только в дециметровом диапазоне длин волн, на частотах порядка единиц гигагерц. Из-за низких энергетических характеристик в этом диапазоне длин волн ГДГ оказываются неконкурентоспособными по сравнению с другими твердотельными источниками СВЧ-колебаний, например с транзисторными генераторами.

Режим ограниченного накопления объемного заряда (ОНОЗ). Если рабочая частота, напряжение питания и амплитуда высокочастотного напряжения t/ таковы, что значения напряжения на ДГ пробегают через область, соответствующую отрицательной дифференциальной проводимости за время, малое по сравнению с Тд, то домен не успевает сформироваться. При этом электрическое поле в образце остается однородным, и ВАХ диода повторяет по форме статическую зависимость (рис. 10.20) Такой режим и 1СИТ название режима ограниченного накопления объемного заряда (ОНОЗ). Для его реализации нужны очень однородные образцы, так как неоднородности ускоряют формирование домена. Кроме того, домен не должен успеть сформироваться за время, пока напряжение на ДГ больше U , и должен успеть рассосаться, пока оно меньше U . Оценки показывают, что эти ограничения удовлетворяются, если 2 -10* < n/f < 2-10, где п выражено в см , а / - в Гц.

В режиме ОНОЗ частота генерации определяется только внешней резонансной системой и не связана с пролетной частотой. Это дает возможность существенно увеличить толщину используемых образцов, что в свою очередь позволяет подводить к диоду большую, чем в доменных режимах, мощность. При этом увеличивается и колебательная мощность, отдаваемая генератором в нагрузку. К. п д. ГДГ в режиме ОНОЗ в несколько раз превышает к. п. д. в до-

менныА режимах (это объясняется значительным увеличением отношения /max min = IJIm\n И, следовзтельно, уве-личением lai/Iao), поэтому режим он03 является наиболее энергетически выгодным. Электронный к. п. д. в этом режиме достигает 14-17 %.

Гибридные режимы. К гибридным относят все режимы, являющиеся промежуточными между доменными и ОНОЗ. В гибридных режимах в образце в течение большей части периода существует несформировавшийся домен. Однако время формирования этого домена настолько велико, что он начинает влиять на протекающий ток только тогда,

Ji

Рис. 10.20. Напряжение на диоде Ганна и ток в его цепи при работе ГДГ в режиме ОНОЗ

когда меняющееся напряжение проходит большую часть падающего участка ВАХ. Для приближенных оценок параметров гибридных режимов можно считать, что при возрастании напряжения на ДГ рабочая точка перемещается по статической ВАХ (рис. 10.21), а при убывании напряжения вследствие влияния домена ток равен /тш до тех пор, пока напряжение не станет ниже порогового. При U <i U домен рассасывается. Максимальные значения к. п. д. в этом режиме примерно такие же, как и в режиме ОНОЗ.

Режим отрицательной проводимости. Режим отрицательной проводимости возможен при различных значениях 1фоизведения ПоЬ.

Если HqL < 10 см , ДГ при включении во внешнюю цепь имеет отрицательную проводимость на пролетной частоте и ее гармониках, поэтому его можно использовать для стабильного узкополосного усиления. Практического применения эта вариация режима не нашла.

Рис. 10.21. Напряжение на диоде Ганна и ток в его цепи при работе ГДГ в гибридном режиме

Более интересным оказался режим, реализующийся при MoL > 10 см . Оказывается, если при таких значениях tigL толщина образца мала (L а 10 мкм), напряжение питания достаточно велико [Uq (3 -f- 4) U ], а сопротивление нагрузки меньше определенного значения, то движущиеся домены в образце самопроизвольно не возникают и ДГ имеет стабильную отрицательную проводимость в широком диапазоне частот. Этот режим позволяет создавать широкополосные регенеративные усилители с полосой рабочих частот порядка октавы, коэффициентом усиления до 20 дБ и с такой же примерно выходной мощностью, что и при работе в автогенераторном режиме, близком к ОНОЗ.

Итак, с точки зрения использования в передающих устройствах перспективными являются гибридные режимы и режим ОНОЗ. На рис. 10.22 приведены характеристики уровня выходной мощности ГДГ, а также их к. п. д.

2. Расчет генераторов на диодах Ганна. Для расчетов ГДГ удобно использовать эквивалентную схему диода Ганна (рис. 10.23, а), где активный элемент представлен