Режим с захваченной плазмой

Выше был рассмотрен основной режим работы ЛПД ­– пролетный, для которого в англоязычной литературе используется термин IMPATT (сокращение от слов IMPact Avalanche Transit Time – ударная лавина, пролетное время). Помимо него, существует аномальный режим ЛПД – режим «с захваченной плазмой» или ТRАРРАТ-режим (сокращение от слов ТРApped Plasma Avalanche Triggered Transit – пролет лавины, синхронизированный захваченной плазмой). Для пояснения особенности этого режима рассмотрим рис. 6.11, где ЛПД с pin-структурой соединен последовательно с сопротивлением нагрузки.

При обсуждении пролетного режима предполагалось, что генерируемые в области лавинного умножения объемные заряды электронов и дырок сравнительно невелики и не влияют на распределение электрического поля в структуре. Если это ограничение снимается и создаются условия для быстрого появления больших количеств электронов и дырок вблизи границы pn-перехода (при значительной амплитуде переменного напряжения), сопротивление этого участка резко снижается, и максимум напряженности поля смещается в слаболегированную область базы. Этот сдвиг происходит значительно быстрее, чем смещаются носители заряда. Таким образом, область лавинного умножения быстро перемещается, как показано на рисунке, и захватывает всю базу. В результате ее сопротивление резко снижается, и основная часть напряжения источника оказывается приложенной к сопротивлению нагрузки, процесс лавинного умножения прекращается, и начинается стадия восстановления сопротивления базы по мере вытягивания из нее носителей заряда.

В дополнение к постоянному напряжению смещения к диоду приложено переменное напряжение, связанное с наличием в устройстве резонатора. Если после восстановления высокого сопротивления прибора суммарное напряжение превышает напряжение пробоя, описанный процесс повторяется. После момента t₂ условие лавинного умножения не выполняется, процесс повторяется в следующий положительный полупериод после момента t₃ . Каждому отрицательному импульсу напряжения соответствует положительный импульс тока, что подтверждает проявление отрицательного дифференциального сопротивления прибора.

Генерируемый сигнал имеет несинусоидальный характер. В устройстве обычно имеется выходной резонатор, настроенный на одну из гармоник сигнала. Прибор работает в режиме, близком к режиму переключения, что обеспечивает получение высокого значения КПД, который может достигать 50 %. Например, в импульсном режиме на частоте 3,2 ГГц получена мощность 150 Вт при КПД 21 %.

К недостаткам режима относится сравнительно невысокая рабочая частота, связанная с замедлением движения носителей заряда в структуре в периоды низкого напряжения.