微波發(fā)生器目前,通常使用兩種主要類型的微波振蕩,即電真空裝置和固體裝置。
電真空裝置主要包括微波電真空三極管,反射速調(diào)管,磁控管和回波管。
固態(tài)器件具有晶體三極管,體效二極管(也稱為耿氏二極管)和雪崩二極管。
小功率反射速調(diào)管和體效二極管通常用于實(shí)驗(yàn)室中。
對(duì)于反射速調(diào)管振蕩器,參見(jiàn)實(shí)驗(yàn)“反射速調(diào)管的工作特性”。
這里僅討論體效二極管振蕩器。
自20世紀(jì)60年代以來(lái),隨著微波固體器件的發(fā)展,已經(jīng)提出用固體微波振蕩器代替速調(diào)管。
它具有壽命長(zhǎng),價(jià)格低,直流電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),但噪聲和穩(wěn)定性與低噪聲速調(diào)管無(wú)法比擬。
目前使用的固態(tài)微波源通常是體效二極管(也稱為耿氏二極管)振蕩器或Impact Avalanche和Transit Time二極管振蕩器,兩者都利用半導(dǎo)體二極管的負(fù)電阻。
效果是產(chǎn)生微波振蕩。
1963年,美國(guó)國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司(1BM)JB Gunn發(fā)現(xiàn)砷化鎵和磷化銦等薄層材料具有負(fù)阻特性,因此可以在不需要PN的情況下產(chǎn)生微波振蕩結(jié)。
它與通常由PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件的工作方式不同。
它不使用在PN結(jié)中移動(dòng)的載流子的特性,而是利用在半導(dǎo)體本體中移動(dòng)的載流子的特性。
它基于砷化鎵等材料。
“身體”內(nèi)的物理效應(yīng)。
因此,這種類型的器件被稱為體效二極管或耿氏二極管(以發(fā)明者Gunn命名)。
在實(shí)驗(yàn)中觀察到如果在N型砷化鎵單晶上施加直流電壓,如圖3-9所示。
隨著電壓逐漸增加,電流也增加。
如圖3-10中的OA線所示,這是正電阻區(qū)。
但是,當(dāng)電壓上升到某個(gè)閾值時(shí),電流達(dá)到其最大值。
隨著電壓進(jìn)一步增加,電流反而降低。
這是我們經(jīng)常談?wù)摰呢?fù)阻現(xiàn)象,如圖3-10中的AB線所示。
當(dāng)電壓增加到更晚時(shí),如果電壓繼續(xù)增加,則電流再次開(kāi)始上升并進(jìn)入另一個(gè)正電阻區(qū)域。
圖中負(fù)電阻開(kāi)始時(shí)的電壓和電流分別稱為閾值電壓和閾值電流。
從體效應(yīng)管的電壓 - 電流特性曲線可以明顯看出,如果適當(dāng)?shù)剡x擇管的DC工作點(diǎn),則可以使用其負(fù)電阻特性來(lái)產(chǎn)生高頻振蕩。