Способ возбуждения генератора на TRAPATT-диоде и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК H03B7/14 

i4

сд о о о

|ше критической, оптический импульс (ОИ) гетеролазера формируют путем I подачи на гетеролазер импульса тока и сформированный ОИ подают на PrN-ne- реход TRAPATT-диода в момент оконча- :ния переходных ВЧ-колебаний. При этом длительность ОИ выбирают равной времени установления амплитуды TRAPATT- 1 колебаний до стационарного значения,. I а его интенсивность соответствующей плотности фототока Лф, равной (102 10) qn;. , где q элементарный заряд; п - собственная концентрация носителей заряда в кр емнии; w - ширина обедненной облас- ТИ5 Cg - 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.

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

Изобр етение относится к радиотех- 1-ике, а именно к генераторам электри веских колебаний на TRAPАТТ-диодах, v может быть использовано в оптичей- ких системах связи, а также для модуляции мощных гетеролазеров как. синусоидальными, так и импульсными колеба ьиями в сверхвысокочастотном диапазо- i|e.

I Цель изобретения - увеличение мак3 имальной мощности генератора на RAPATT-диоде.

: На фиг,- 1 изображено устройство 4ля осуществления способа возбуждения Генератора на TRAPATT-диоде; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие рабо- i|y устройства.

Устройство для осуществления спо- cto6a возбуждения генератора на TRA- 1 АТТ-диоде содержит TFAPATT-диод 1, помещенный в резонатор 2, полупровод- йиковый гетеролазер 3, оптически евязанный с TRAPATT-диодом 1, генера- top 4 импульсов, например, на основе |)тутного pejre, имеющий основной и до- йолнительный (образованный, напримерj Жел ителем напряжения) выходы, причем основной выход генератора 4 через йервьй фш1ьтр 5 низких частот под- ключей к одному из электродов (например, катоду) TRAPATT-диода 1, .другой злектрод которого (например, анод) Подключен к резонатору 2, а дополни- . Гельный выход источника питания, вы- йолнеиного в виде . генератора 4 импульсов подключен к первому электроду геторолазера, второй электрод ко-

торого заземлен, нагрузку 6 связанную с резонатором 2, емкостный зонд 7., размещенный в резонаторе 2 около TRAPATT-диода 1 и подключенный к коаксиальному 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 11 опорного напряжения, второй выход коаксиального тройника 8 через последовательно соединенные второй фильтр 12 низких частот и зто- рую детекторную головку 13 подключен к первому входу второго компаратора 14, второй вход которого подключен к выходу второго источника 15 опорного напряжения, выход первого комцара- тора 10 подключен к входу запуска блока 16 формирования импульсов тока гетеролазера, а выход второго компаратора 14 подключен к входу срьюа блока 16 формирования импульсов тока гетеролазера 3, а выход блока 16 подключен к первому электроду гетеролазера 3. . .

Блок 16 формирования импульсов тока гетеролазера может быть вьтолнен, например, на основе соединения динамического D-триггера 17, RS-триггера 18, схемы начал1 ного сброса 19 и формирователя 20 импульсов тока, вьшол- ненного, например, на переключателе тока на биполярных транзисторах. При этом вход запуска блока 16 является входом С динамического D-триггера 17, Вир электроды которого соединены

между собой, а выход Q которого подключен к S входу RS-триггера 18. Выход RS-триггера 18 подключен к вход формирователя 20 импульсов тока, выход которого является выходом блока 16 и подключен к первому электроДу гетеролазера 3, Схема начального .сброса, представляет собой последовательную КС-цепочку, один вьшод конденсатора которой заземлен, и второй подключен к вьшоду резистора R и входам асинхронного сброса CLR RS- и 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 генератора на TRAPATT-диоде работает следующим образом.

При включении источника питания триггеров схема начального сброса сбрасывает динамический D- и КЗ-триггеры 17 и 18, т.е. на их выходах появляется О. Потом электрический импульс питания от генератора 4 пода ется на гетеролазер 3 и через низкочастотный фильтр 5 - на ТКАРАТТ-диод 1 (фиг.2а), этом плотность тока ТКАРАТТ-диода установлена больше критической. J,, . Напряжение на ТКАРАТТ- диоде 1 начинает расти со скоростью, определяемой постоянной времени фильтра 5, и при достижении уровня Уцр в ТКАРАТТ-диоде начинаются переходные высокочастотные колебания (фиг.2б), которые при помощи ешсост- ного зонда 7, помещенного в резонаторе 2 вблизи TRAPАТТ-диода 1, через коаксиальный тройник 8 поступают, на первую детекторную головку 9. В момент времени t напряжение переднего фронта иродетектированных колебаний и (фиг.2в), поступающее в компаратор 10, превышает опорное напряжемте Е источника 11, на выходе компаратора появляется высокий уровень (логическая единица), которьй подается (фиг.2г) на С вход динамического D-триггера 17, Положительный перепад напряжения, полученный на выходе Q (фиг.2д) динамического D-триггера 17, поступает на S вход КЗ-триггера 18 и на его выходе появляется положи- теяьньй перепад напряжения (фиг.2з),, из которого формирователь 20 тока

с

формирует импульс тока гетеролазера 3 (фиг.2и). Спустя некоторое время, определяемое свойствами гетеролазера g 3, в момент времени t, (фиг.2к) на его выходе появляется опт1меский импульс, которьш поступает на TRAPATT- диод 1, генерирует электронно-дырочные пары и их концентрация в активной 10 области диодд 1 (или фототок диода J(j) в конце пере содных высокочастотных колебаний становится равной концентрации этих носителей заряда (или току, определяемомз динамическим 15 накоплением носителей заряда) в стационарном ТКАРАТТ-режиме. Генерируются ТКАРАТТ-колебания, амплитуда которых увеличивается. Когда амплитуда колебаний устанавливается, оптическое 20 излучение необход1 мо выключить. Минимум сигнала первой детекторной головки 9 (фнг.2в) в момент времени t, обусловлен уменьшением амплитуды переходных высокочастотных колебаний 25 .и началом ТКАРАТТ-колебаний и-в этот момент необходимо подать оптический импульс. Этот момент времени устанавливается предварительными исследованиями при помощи осциллографа. При 30 генерации ТКАРАТТ-колебаний и увеличении их амплитуды до стационарного значения (моменты времени на фиг.2б) амплитуда сигнала первой детекторной головки 9 (фиг.2в) опять увеличивает- g ся. Поскольку к концу переходных высокочастотных колебаний напряжение детекторной головки 9 U, падает практически до нуля (момент времени t .на фиг.2в). то когда это напряжение становится меньше напряжения Е, источника 11, на выходе первого коьта- ратора 10 (фиг,2г) появляется низкий уровень (логический ноль). Однако динамический D-триггер 17 не меняет своего состояния (фиг.2д) при поступлении на его С вход отрицательного перепада напряжения (фиг,2г). Когда генерируются ТКАРАТТ-колебания и их амплитуда увеличивается, при достижении напряжения первой детекторной головки 9 U(j уровня, превышающего уровень опорного напряжения Е, первого компаратора 10 (фиг.2в), на его выходе появляется (фиг.2г) 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

0

5

0

подается на S вход RS-триггера 18 (фиг.2д). Когда TRAPATT-колебания достигают такой амплитуды, что напря- жение на выходе второй детекторной головки 13 превышает опорное напряжение Ё источника 15 второго оратора 14 (фиг.2е, момент времени ;tj), на его выходе появляется высо- ;кий уровень (фиг.2ж), которьй посту- ю пает на R вход RS-триггера 18 (фиг.2ж). Поскольку на S вход RS- триггера 18 подан логический ноль, то поступление на R вход логического . нуля приводит к появлению логическо- 15 го нуля на выходе RS-триггера 18 (фиг.2з). Спад напряжения с выхода RS-триггера передается в формирователь 20 тока гетеролазера 3, импульс тока гетеролазера заканчивается 20 (фиг.2и) и оптическое излучение пре- кращается (момент времени t на 1ФИГ. 2к), однако TRAPATT-генератор I продолжает работать в установившемся I режиме. По окончании импульса-пита- 25 I ния TRAPАТТ-диода 1 триггеры сброшены, I а компараторы вьщают 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, приходяще Го 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 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 Нг гетеролазере 3 оптический импульс поступил на TRAPATT-диод 1 в . тот

момент времени

также, можно установить экспериментально.

. Предлагаемое устройство возбуждения генератора на TRAPATT-диоде реализует способ возбуждения генератора на TRAPATT-диоде, заключающийся в том, что на TRAPATT-диод и гетеролазер подают импульс питания, формируют оптический иьгаульс гетеролазера и подают на P-N-переход TRAPATT диo- да, причем плотность тока TRAPATT- диода устанавливаю : выгае критической Jup (4-10) Л„ор 5 где Jfiop - пороговая 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 высокочастотных колебаний, при этом длительность оптического импульса обеспечивают равной времени установления амплитуды TRAPATT-колебаний до стационарного значе:ния5 а его интенсивность - соответствующей плотно ти фототока Jm, создаваемого оптическим излучением гетеролазера, равной Jq, (102-103) ЗШ где q Nэлементарный заряд , п;, - собственная концентрация носителей заряда в крем нии; W - ширина обедненной области, эффективное время жизни носителей заряда.

35 1

Предлагаемый способ возбужде шя генератора на TRAPATT-диоде позволяет обеспечить режим работы ТЕАРАТТ-дио- да при .плотностях тока на 25-90%,

40 больших критической плотности тока, т.е. увеличить максимальную мощность генератора.

Формула изобретения

30

момент (момент времени t на фиг.26) когда заканчиваются переходные высо1. Способ возбуждения генератора на TRAPATT- диоде , заключаншщйся в том, что на- TRAPATT-диод и гетерола зер подают импульс питания, формирукочастотные колебания. Величина опор-50 к)Т оптический импульс гетеролазера

ного напряжения Е компаратора 14

также должна быть подобрана таким

образом, чтобы с учетом задержки во

втором компараторе 14, RS-триггере

и подают на Р-Ы-пёреход ТВАРАТТ-дио- да, отличающийся тем, что, с целью увеличения мощности генератора на TRAPATT-диоде, плотность

18, формирователе 20 импульсов тока, оптический импульс закончился, когда аьшлитуда TRAPATT-колебаний достигает стационарного значения (момент времени- t, на фиг. 26). Указанный

7

момент времени

также, можно уста5 0 5

45

новить экспериментально.

. Предлагаемое устройство возбуждения генератора на TRAPATT-диоде реализует способ возбуждения генератора на TRAPATT-диоде, заключающийся в том, что на TRAPATT-диод и гетеролазер подают импульс питания, формируют оптический иьгаульс гетеролазера и подают на P-N-переход TRAPATT диo- да, причем плотность тока TRAPATT- диода устанавливаю : выгае критической Jup (4-10) Л„ор 5 где Jfiop - 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 высокочастотных колебаний, при этом длительность оптического импульса обеспечивают равной времени установления амплитуды TRAPATT-колебаний до стационарного значе:ния5 а его интенсивность - соответствующей плотности фототока Jm, создаваемого оптическим излучением гетеролазера, равной Jq, (102-103) ЗШ где q Nэлементарный заряд , п;, - собственная концентрация носителей заряда в кремнии; W - ширина обедненной области, эффективное время жизни носителей заряда.

35 1

Предлагаемый способ возбужде шя генератора на TRAPATT-диоде позволяет обеспечить режим работы ТЕАРАТТ-дио- да при .плотностях тока на 25-90%,

0 больших критической плотности тока, т.е. увеличить максимальную мощность генератора.

Формула изобретения

0

к)Т оптический импульс гетеролазера

и подают на Р-Ы-пёреход ТВАРАТТ-дио- да, отличающийся тем, что, с целью увеличения мощности генератора на TRAPATT-диоде, плотность.

55 тока TRAPATT-диода устанавливают выше критической JKO (4-10) J „op t где Jnop пороговая плотность тока, оптический импульс гетеролазера формируют путем подач1И на гетеролазер

импульса тока и сформированнь й 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 ТЕА АТТ-колебаний до стационарного значения, а его интенсивность - соответствую4цей плот- ности фототока J, создаваемого оптическим излучением гетеролазера, равной

J« (10 - 103)

;

п

I

W t.

qnjw

f- V 1 u- - IU-/ - -e

где q - элементарный заряд}

собственная концентрация носителей .заряда в кpeмнииi ширина обедненной области, эффективное время жизни носителей заряда.

5

нератора на TRAPATT-диоде, в него введены дополнительно е мкостный зонд, коаксиальный тройник, второй g фильтр низких частот, первая и вторая детекторные головки, первый и второй компараторы, первый и второй источники опорного напряжения и блок формирования импульсов тока гетёро- лазера, при этом источник питания вьшолнен в виде генератора импульсов, емкостный зонд введен в резонатор и его выход подключен к коаксиальному т ройнику, 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 час-тот и вторую детекторную головку подключен к первому входу 5 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 заземлен.

0

0

5