зана на этом же графике (начальный ток смещения 100 мка).

На рис. 6,18 представлена зависимость коэффициента шума смесителя от температуры при постоянных значениях напряжения смещения и мощности гетеродина. Из графиков видно, что в интервале температур 170-230° К наблюдается минимум коэффициента шума, причем изменением напряжения положительного смещения можно поддерживать этот минимум в довольно

Рис. 6.18. Зависимость коэффициента шума смесителя от температуры при постоянных t/cM и мощности гетеродина.

широком диапазоне температур. При 7= 190° К коэффициент шума на 2-4 дб ниже, чем при комнатной температуре, и на 6-7 дб ниже, чем при температуре жидкого азота 77° К. Таким образом, ясно, что для каждой температуры необходимо подобрать свое напряжение смещения, обеспечивающее минимальный коэффициент шума.

На рис. 6.19 показана зависимость коэффициента шума пяти диодов типа Д405Б и трех диодов типов Д403Б от температуры при постоянной мощности гетеродина. Напряжение смещения при этом устанавливается таким, чтобы обеспечить минимальный коэффициент шума. Для кремниевых диодов Д405Б минимальный коэффициент шума будет в интервале температур 180-240° К и на 1-3 дб он будет ниже, чем при комнатной температуре. У германиевых диодов Д403В с понижением температуры коэффициент шума умень-

шается и при температуре 90° К будет на 1,5 дб меньше, чем при комнатной.

Графики зависимости выходного сопротивления смесителя на промежуточной частоте от температуры при постоянной мощности гетеродина и различных напряжениях смещения приведены на рис. 6.20. Анализ этих гра-

Рис. 6.19. Зависимость Fcm смесителя на диодах Д403В (верхняя кри вая) и Д405Б (нижние кривые) от температуры.

фиков показывает, что изменением напряжения смещения при определенных мощностях гетеродина и температуре можно изменять выходное сопротивление смесителя для обеспечения необходимого согласования смесителя с ПУПЧ.

Приведенные результаты измерения показывают:

- охлаждение обычного смесителя с серийными смесительными диодами дает возможность уменьшить его коэффициент шума на 0,6-2 дб;

- наименьший коэффициент шума получается у кремниевых диодовД405Б при температуре 170-240° К и положительном смещении 0,15-0,2 в, а у германиевых диодов типа Д403В - при температуре жидкого азота и положительном смещении 0,45 в.

Анализ вольтамперных характеристик диодов Д405Б и Д403В в диапазоне температур (78-400)° К показывает, что при температуре ниже 105 К У кремниевых диодов Д405Б уменьшается крутизна характеристики.

Это и является причиной увеличения коэффициента шума. При температурах (170-240)° К крутизна характеристики кремниевого диода не уменьшается, а это при-

Рис. 6.20. Зависимость выходного сопротивления на промежуточной частоте смесителя на диоде Д405Б от температуры при постоянной мощности гетеродина, и различных и см.

водит к минимуму коэффициента шума за счет уменьшения тепловых шумов. У германиевого диода Д403В крутизна характеристики при изменении температуры не меняется, поэтому и коэффициент шума уменьшается с понижением температуры (рис. 6.19).

Такое изменение крутизны вольтамперной характеристики у точечных германиевых и кремниевых диодов обусловлено увеличением коэффициента р при их охлаждении.

Изменением технологии изготовления полупроводниковых приборов и применением новых материалов можно получить иной характер низкотемпературной зависимости р. Для измерения коэффициента р реальных СВЧ диодов, изготовленных из различных полупроводниковых материалов, как, например, из InSb, GaAs, InAs, Ge, Si, в интервале температур 4,2-300° К определялись статические вольтатлиерные характеристики этих СВЧ диодов, а также использовались результаты экспериментов

С низкочастотными диодами из InSb и InAs [25-28, гл. 2]. Проверка экспоненциальной зависимости прямого

1 / Эксперимен-... та/1ьная

Для диодов из St и Ое /

У У Теоретиче-

екая

Т 300К

v--- --

/7f кТ

Г. 774

Для диодоб из InSb Nj) = 10 см

Т. Ггц

Рис. 6.21. Расчетные характеристики смесители на диоде из InSb при широкополосном (а) и узкополосном ,(6) согласовании по сравнению с точечными диодами из Si и Ge.

тока от напряжения и экспериментальное определение Р производились по вольтамперным характеристикам диодов.

При изменении температуры от 150 до 77° К у сплавных диодов из InSb с .концентрацией примесей Л=3- 5-10 сж-з р меняется в пределах 0,9-1,1. При охлаждении смесителя на диффузионном диоде из InSb л-ти-па его Г,см и величина граничной частоты /гр, при которой начинается рост потерь преобразования, изменяются согласно рис. 6.21. При снижении температуры от 150 до 77 К у р-п перехода диода из InSb в открытом состоянии контактная разность потенциалов увеличивается в 3 раза, активное последовательное сопротивле-

ние (при постоянном токе) уменьшается примерно в 4 раза.

От антимонида индия выгодно отличаются арсенид индия и арсенид галлия, у которых и при комнатной температуре сохраняется примесная проводимость, поэтому применять диоды из InAs и GaAs в смесителях более удобно.

Вольтамперная характеристика диода из InAs при Г=4,2°К представлена на рис. 6.22,а, а вольтамперные характеристики трех образцов СВЧ диодов из GaAs (№ 13, № 15, № 16), снятые при Т=77°К и Г = 300°К, приведены на рис. 6.22,6. Так как диоды на базе арсени-дов индия и галлия имеют большую ширину запрещенной зоны, то при работе на р-п переход необходимо подавать значительное напряжение прямого смещения (порядка 0,7-0,8 в).

I, мка

10 7 5

100 zoo 300 400 500 600 700

и,мв

Рис. 6.22. Вольтамперные характеристики СВЧ дио-- 326 -

Для сравнения вольтамперных характеристик некоторых СВЧ диодов, в том числе и изготовленных специально для работы при низких температурах, можно воспользоваться графиками, изображенными на рис. 2.11 и 2.12 гл. 2.

Если для аппроксимации характеристик принято вы-ражение - lJ у j,

где и - напряжение, приложенное к диоду, то для определения величин ик, io и некоторых СВЧ диодов можно воспользоваться табл. 6.3.

ЮОО 700

500 ЗОО

ЮО 70 50

10 7 5

550 600 700 дов из InAs (а) и GaAs (б).

800 900 б)

1000 1100 0,mS