Способ возбуждения генератора на trapatt-диоде и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к радиотехнике , м.б. использовано в оптических системах связи, а также для модуляции мощных гетерЬлазеров как синусоидальными, так и имйульсными колебаниями в СВЧ-диапазоне. Цель изобретения - увеличение максимальной мощности г-ра на TRAPATT-диоде. Цепь достигается тем, что плотность тока TRAPATT-диода устанавливают вы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

0% ИИ

А1 (д) 4 Н 03 В 7/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ, И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4182722/24-09 (22) 19.01 87 (46) 07.01.89. Бюл. У 1 (71) Вильнюсский государственный университет им. В.Капсукаса (72) Ф.К.Вайтекунас, Ю.Б.Вишняуекас и Г.Э.Шименас (53) 621.373.51 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 815857, кл. Н 03 В 7/14, 02.03.78.

Авторское свидетельство СССР

У 843156„ кл. Н 03 В 7/14, 10.05.78. (54) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА

НА ТКАРАТТ-ДИОДЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к радиотехнике, м.б. использовано s оптических системах связи, а также для модуляции мощных гетеролазеров как синусоидальными, так и импульсными колебаниями в СВЧ-диапазоне. Цель изобретения — увеличение максимальной мощности r-ра íà TRAPATT-диоде.

Цель достигается тем, что плотность тока TRAPATT-диода устанавливают вы1450067 ше критической, оптический импульс ! ! (ОИ) гетеролазера формируют путем ,подачи на гетеролазер импульса тока и сформированный ОИ подают èà P-.N-nepexop TRAPATT-диода в момент оконча-" .ния переходных ВЧ-колебаний. При этом длительность ОИ выбирают равной времени установления амплитуды TRAPATTколебаний до стационарного значения,. ,а его интенсивность †. соответствую. щей плотности фототока J,р, равной

Л -= (10 — 10 ) с1п; /2;, где с1—

Изобретение относится к радиотех ке, а именно к генераторам электриеских колебаний íà TRAPATT-диодах, может быть использовано в оптичес5 их системах связи, а также для модуяции мощных гетеролазеров как. синуоидальными, так и импульсными колебаиями в сверхвысокочастотном диапазое. 1 0

Цель изобретения — увеличение макимальной мощности генератора на

RAPATT-диоде.

На фигг 1 изображено устройство для осуществления способа возбуждения генератора Hà TRAPATT-диоде; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для осуществления снос .оба возбуждения генератора íà TRAPATT-диоде содержит TRAPATT-диод 1, помещенный в резонатор 2, полупроводниковый гетеролазер 3, оптически связанный с TRAPATT-диодом 1, генератор 4 импульсов, например, на основе

1>тутного pesfe, имеющий основной и дополнительный (образованный, например, делителем напряжения) выходы, причем основной выход генератора 4 через первый фильтр 5 низких частот под- 30 ключен к одному из электродов (например, катоду) TRAPATT-диода 1, .другой электрод которого (например, анод) подключен к резонатору 2, а дополниГельный выход источника питания, выполненного в ниде генератора 4 HM пульсов подключен к первому электроду гетеролазера, второй электрод ко-. элементарный заряд; и; - собственная концентрация носителей заряда в кремнии; ч — ширина обедненной области; с — эффективное время жизни носителей заряда. В устр-во, реализующее этот способ, введены дополнительно емкостный зонд 7, коаксиальный тройник 8, две детекторные головки

9, 13 два компаратора 10, 14, два источника 11, .15 опорного напряжения и блок 16 формирования импульсов тока гетеролазера. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. торого заземлен, нагрузку 6 связанную с резонатором 2, емкостный зонд

7, размещенный в резонаторе 2 около

TRAPATT-диода 1 и подключенный к ко" аксиальному тройнику 8, первый выход которого через первую детекторную головку 9 соединен с первым входом первого компаратора 10, второй вход которого подключен к.выходу первого. источника ii опорного напряжения, второй выход коаксиального тройника

8 через последовательно соединенные второй фильтр 12 низких частот и вторую детекторную головку 13 подключен к первому входу второго компаратора

14, второй вход которого подключен к выходу второго источника 15 опорного напряжения, выход первого компаратора 10 подключен к входу запуска блока 16 формирования импульсов тока гетеролазера, а выход второго компаратора 14 подключен к входу срыва блока 16 формирования импульсов тока гетеролазера 3, а выход блока 16 подключен к первому электроду гетеролазера 3.

Блок 16 формирования импульсов то" ка гетеролазера может быть выполнен, например, на основе соединения динамического Р-триггера 17, RS-триггера

18, схемы начального сброса 19 и формирователя 20 импульсов тока, выполненного, например, на переключателе тока на биполярных транзисторах. При этом вход запуска блока 16 является входом С динамического D-триггера 17, D и ф электроды которого соединены з

14 между собой, а выход Q которого подключен к S входу RS-триггера 18. Выход RS-триггера 18 подключен к входу

I формирователя 20 импульсов тока, вы- ход которого является выходом блока

16 и подключен к первому электроду гетеролазера 3. Схема начального сброса, представляет собой последовательную RC-цепочку, один вывод конденсатора которой заземлен, а второй подключен к выводу резистора R и входам асинхронного сброса CLR RS- u

D-триггеров. Второй вывод резистора

R подключен к источнику питания, при включении которого напряжение на конденсаторе некоторое время не превышает уровня логического нуля, что обеспечивает начальный сброс обоих триггеров 17 и 18.

Устройство возбуждения генера ора иа TRAPATT-диоде работает следующим образом.

При включении источника питания триггеров схема начального сброса сбрасывает динамический D- и К$-триггеры 17 и 18, т.е. на их выходах появляется "0". Потом электрический импульс питания от генератора 4 пода ется на гетеролазер 3 и через низкочастотный фильтр 5 — на ТКАРАТТ-диод

1 (фиг.2а), при этом плотность тока

TRAPATT-диода установлена больше критической J . Напряжение íà TRAPATTдиоде 1 начинает расти со скоростью, определяемой постоянной времени .. фильтра 5, и при достижении уровня

U„ в TRAPATT-диоде начинаются переходные высокочастотные колебания (фиг.2б), которые при помощи емкостного зонда 7, помещенного в резонаторе 2 вблизи TRAPATT-диода 1, через коаксиальный тройник 8 поступают.на первую детекторную головку 9. В мо= мент времени напряжение переднего фрон а продетектированных колебаний

U (фиг.2в), поступающее в компаратор 10, нревьппает опорное напряжение

Е источника 11, на выходе компаратора появляется высокий уровень (логическая единица), который подается (фиг.2г) на С вход динамического

D-триггера 17. Положительный перепад напряжения, полученный на выходе Q (фиг.2д) динамического В-триггера 17, поступает на S вход RS- òðèããåðà 18 и на его выходе появляется положительный перепад напряжения (фиг.2з), из которого формирователь 20 тока

50067

4 формирует импульс тока гетеролазера"

3 (фиг.2и). Спустя некоторое время, определяемое свойствами гетеролазера

3, в момент времени t< (фиг.2к) на его выходе появляется оптический импульс, который поступает на TRAPATTдиод 1, генерирует электронно-дырочные пары и их концентрация в активной области диода 1 (или фототок диода

10

J ) в конце переходных высокочастотнйх колебаний становится равной концентрации этих носителей заряда (или току, определяемому динамическим накоплением носителей заряда) в стационарном ТКЛРАТТ-режиме. Генерируются TRAPATT-колебания, амплитуда которых увеличивается, Когда амплитуда колебаний устанавливается, оптическое излучение необходимо выключить. Минимум сигнала первой детекторной головки 9 (фиг.2в) в момент времени обусловлен уменьшением амплитуды переходных высокочастотных колебаний

25 и началом TRAPÀÒÒ-колебаний и в этот

ЗО

55 мсмент необходимо подать оптический импульс. Этот момент времени устанавливается предварительными исследованиями при помощи осциллографа. При генерации TRAPATT-колебаний и увеличении их амплитуды до стационарного значения (моменты времени на фиг,2б) амплитуда сигнала первой детекторной головки 9 (фиг.2в) опять увеличивается. Поскольку к концу переходных высокочастотных колебаний напряжение детекторной головки 9 U падает практически до нуля {момент времени на фиг.2в). то когда это напряжение становится меньше напряжения Е, источника 11, на выходе первого компаратора 10 (фиг.2r) появляется низкий уровень (логический ноль). Однако динамический D-триггер 17 не меняет своего состояния {фиг.2д) при постучлении на его С вход отрицательного перепада напряжения (фиг.2г). Когда генерируются TRAPATT-колебания и их амплитуда увеличивается, при достижении напряжения первой детекторной головки 9 J уровня, превьппающего уровень опорного напряжения Е, первого компаратора 10 (фиг.2в), на его выходе появляется (фиг.2r) высокий уровень {логическая единица) положительный перепад которого, поступивший на С вход D-триггера 17, меняет его состояние (фиг.2д), на его выходе получаем логический ноль, который

14500

30 подается на S вход RS-триггера 18 (фиг.2д). Когда ТВЛРАТТ-колебания достигают такой амплитуды, что напря- " жение на выходе второй детекторной головки 13 превышает опорное напряжение Й источника 15 второго компаратора 14 (фиг.2е, момент времени tz), на его выходе появляется высокий уровень (фиг.2ж), который посту! пает на R вход RS-триггера 18 (фиг.2ж). Поскольку Hà S вход RSтриггера 18 подан логический ноль, то поступление на R вход логического . нуля приводит к появлению логического нуля на выходе RS-триггера 18 (фиг.2з). Спад напряжения с выхода

RS-триггера передается в формирователь 20 тока гетеролазера 3, импульс тока гетеролаэера заканчивается 20 ! (фиг.2и) и оптическое излучение пре-! ,кращается (момент времени tq на фиг. 2к), однако TRAPATT-генератор ,продолжает работать в установившемся режиме. По окончании импульса пита- 25, ния TRAPATT- диода 1 триггеры сброшены, а компараторы выдают низкий уровень (логический ноль), поэтому схема готова к новому импульсу питания.

Импульс питания от генератора 4 подается на гетеролазер 3 для сокращения времени задержки оптического импульса относительно импульса тока, приходящего с формирователя 20 тока гетеролазера.Длительность этого импульса совпадает с длительностью импульса питания TRAPATT-диода 1, а амплитуда несколько меньше порогового гетеролазера 3. Величина опорного 40 напряжения Е,должна быть подобрана таким образом, чтобы с учетом задержки в первом компараторе 10 динамическом D-триггере 17, RS-триггере

18, формирователе 20 импульсов тока 45 и гетеролазере 3 оптический импульс поступил на TRAPATT-диод 1 в .тот момент (момент времени t, на фиг.26),, коГда заканчиваются переходные высокочастотные колебания. Величина опор- 60 ного напряжения Е компаратора 14 также должна быть подобрана таким образом, чтобы с учетом задержки во втором компараторе 14, RS-триггере

18, формирователе 20 импульсов тока, оптический импульс з акончился, когда амплитуда TRAPATT-колебаний достигает стационарного значения (момент времени- t> на фиг, 26), Указанный б7 6 момент времени t также можно уста5 новить экспериментально. . Предлагаемое устройство возбуждения генераторм на TBAPATT-диоде реализует способ возбуждения генератора на TRAPATT-диоде, заключающийся в том» что на TRAPATT-диод и гетерола.— зер подают импульс питания, формируют оптический импульс гетеролазера и подают на Р-N-переход TRAPATT-диода, причем плотность тока TRAPATTдиода устанавливают вьппе критической (4-10) J,," где J»I — порого-. вая плотность тока, оптический импульс гетеролазера формируют путем подачи на гетеролазер импульса тока, а сформированный оптический импульс подают на P-N-переход TRAPATT-диода в момент окончания переходных вы- сокочастотных колебаний, при этом длительность оптического импульса обеспечивают равной времсни установления амплитуды TBAPATT-колебаний до стационарного значения, à его интенсивность — соответствующей плотности фототока J создаваемого оптическим излучением гетеролазера, равной J = (10 -10З } где q— яп< M

V элементарный заряд; п;, — собственная концентрация носителей заряда в кремнии; v — - ширина обедненной области, / е - эффективное время жизни носителей заряда.

Предлагаемый способ возбуждения генератора на ТЕАРАТТ-диоде позволяет обеспечить режим работы TBAPATT-диода при плотностях тока на 25-90%, больших критической плотности тока, т.е. увеличить максимальную мощность генератора.

Формула изобретения

Способ возбуждения генератора на ТВАРАТТ- диоде, заключающийся в том, что на- ТКАРАТТ-диод и гетеролазер подают импульс питания, формируют оптический импульс г ет еролаз ера и подают на Р-N-переход TBAPATT-дио-. да, отличающийсятем, что, с целью увеличения мощности генератора íà TRAPATT-диоде, плотность. тока TRAPATT-диода устанавливают выше критической J = (4-10) где 3„ - пороговая плотность тока, оптический импульс гетеролазера формируют путем пода и на гетеролазер

1450067 импульса тока и сформированный оптический импульс подают на P-N-переход

TRAPATT-диода в момент окончания переходных высокочастотных колебаний, при этом длительность оптического импульса выбирают равной времени установления амплитуды ТВАРАТХ-колебаний до стационарного значения, а его интенсивность — соответствующей плотности фототока J<, создаваемого оптическим излучением гетеролазера, равной

J = (10 — 10 ) F

<е элементарный заряд, собственная концентрация носителей .заряда в кремнии, ширина обедненной области, эффективное время жизни носителей заряда. где q и«

W л

"е

2. Устройство для осуществления возбуждения генератора на TRAPATTдиоде, содержащее помещенный в резо- 25 .I / натор TRAPATT-диод, первый электрод которого подключен к резонатору, выход резонатора подключен к нагрузке, полупроводниковый гетеролаэер, оптически связанный с TRAPATT-диодом g0 источник питания, первый и второй выходы которого подключены соответственно через первый фильтр низких частот к второму электроду TRAPATTдиода и к первому электроду гетерола- 35 зера, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения мощности reнератора íà TRAPATT-диоде, в него введены дополнительно емкостный зонд, коаксиальный тройник, второй фильтр низких частот, первая и вторая детекторные головки, первый и второй компараторы, первый и второй источники опорного напряжения и блок формирования импульсов тока гетеролазера, при этом источник питания выполнен в виде генератора импульсов, емкостный зонд введен в резонатор и его выход подключен к коаксиальному тройнику, первый выход которого соединен с входом первой детекторной головки, выход которой подключен к первому входу первого компаратора, второй вход первого компаратора подключен к входу первого источника опорного напряжения, второй выход коаксиального тройника через .после довательно соединенные второй фильтр низких часгот и вторую детекторную головку подключен к первому входу второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом второго источника опорного напряжения, выход первого компаратора подключен к входу запуска блока формирования импульсов тока гетеролазера, а выход второго компаратора подключен к входу срыва ,блока формирования импульсов тока гетеролазера, выход блока формирования импульсов тока гетеролазера подключен к первому электроду гетеролазера, второй электрод которого saземлен.

1450067

Редактор A.Âîðîâè÷

Заказ 6973/52 Тираж 929 Подписное

3НК1ПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35,,- Раушская наб., д. 4/5

1iÄоизводственно-полиграфическое предприятие, r. ужгород, уа. Проектная, 4,1 Ь3! !

1— З

Ф ы. Я

Составитель В.Геворкян

Техред N.Ходанич Корректор В,Бутяга