Негатроника. Исторический обзор - Каталог статей

Негатроника. Исторический обзор

В настоящее время в области электроники развивается ряд научных направлений: квантовая электроника, оптоэлектроника, акустоэлектроника, хемотроника, магнитоэлектроника, криоэлектроника и др. В последнее десятилетие сформировалось еще одно направление – «Негатроника» [1...3]. Это направление электроники связанно с теорией и практикой создания и применения негатронов – электронных приборов, имеющих в определенном режиме отрицательное значение основного дифференциального параметра (отрицательных активного сопротивления, емкости и индуктивности) [4]. В настоящее время разработаны различные виды негатронов, обобщенная классификация которых представлена на рис. 1. Только полупроводниковых негатронов создано более двух десятков разновидностей (рис. 2). Среди них самые мощные сверхвысокочастотные (СВЧ) приборы – лавинно-пролетные диоды, самые быстродействующие ключи на лавинных транзисторах, самые мощные токовые полупроводниковые переключатели на динисторах и тиристорах. Однако развитие этого направления проходило неравномерно и, в отличие от классической транзисторной электроники, долгое время не имело систематизированной методологической и теоретической базы. И только в 1985 году [1] была дана формулировка этого научного направления. Целью данной статьи является попытка кратко рассмотреть историю развития «Негатроники». Возбуждение электрических колебаний с помощью отрицательных импедансов известно еще с начала ХХ века и связано с открытием Дудделем [5] «Звучащей электрической дуги». Вследствие неудобства практического использования электрической дуги в схемах генераторов она была вытеснена появившимися ламповыми генераторами. Первые электронные лампы, вследствие несовершенства техники получения глубокого вакуума, были газонаполненными, и на их вольт-амперных характеристиках наблюдались падающие участки. На этих участках вещественный импеданс между анодом и катодом газонаполненной лампы является отрицательным [6], что в принципе позволяло использовать это их свойство для построения генераторов и усилителей электрических колебаний. Однако их большие шумы и нестабильность явились причиной незначительного интереса к ним, как к приборам, обладающим отрицательным сопротивлением. Изобретение в 1924 году электровакуумного тетрода поставило перед специалистами проблему «динатронного эффекта», в результате которого на выходной вольт-амперной характеристике тетрода наблюдается падающий участок, приводящий к росту нелинейных искажений и самовозбуждению усилителя. Этот эффект не нашел практического применения и был преодолен в 1931 г. введением в электронной лампе третьей антидинатронной сетки. Открытие падающего участка на в.а.х. полупроводникового точечного диода, сделанное 13 января 1922 году инженером Нижегородской лаборатории О.В. Лосевым, следует считать началом развития полупроводниковой негатроники [7]. Молодой ученый не только впервые получил на в.а.х. диода падающий участок, но и реализовал с использованием такого диода регенеративный приемник – кристадин. Эти результаты привлекли внимание многих специалистов мира. В США журнал "Radio News" поместил в сентябрьском номере редакционную статью под заголовком «Сенсационное изобретение». В ней говорилось: «Нет надобности доказывать, что это – революционное радио-изобретение. В скором времени мы будем говорить о схеме с тремя или шестью кристаллами, как мы говорим теперь о схеме с тремя или шестью усилительными лампами. Потребуется несколько лет для того, чтобы генерирующий кристалл усовершенствовался настолько, чтобы стать лучше вакуумной лампы, но мы предсказываем, что такое время наступит». В этом предсказании не оправдались только сроки. Именно эти первые работы О.В. Лосева следует считать началом «Эры» полупроводниковой электроники. Электронные приборы с падающим участком на в.а.х. в дальнейшем получили наименование «негатроны» [9]. Успешное развитие электронно-вакуумных приборов отвернуло внимание специалистов от этого направления. Хотя, в результате развития электронных ламп и повышения рабочих частот, в них проявлялись эффекты, связанные с отрицательным сопротивлением. Это приводило к неконтролируемому возбуждению электронной аппаратуры и росту нелинейных искажений, и поэтому рассматривалось как паразитное явление. И только изобретение в 1932 г. Д.А. Рожанским и А.Н. Арсеньевой пролетного клистрона, а в 1936...37 гг. Н.Ф. Алексеевым и Д.Е. Маляровым – многорезонаторного магнетрона, явилось дальнейшим толчком развития вакуумной негатроники. В этих приборах, и позже в изобретенных лампах бегущей (ЛБВ) и обратной волны (ЛОВ), в результате взаимодействия электронов с электромагнитными полями, происходит преобразование кинетической энергии электронов в энергию электромагнитного поля и, как следствие, к появлению отрицательного сопротивления [10]. Значительный вклад в создание таких приборов принадлежит Н.Д. Девяткову, М.С. Нейману, С.Д. Гвоздоверу, В.Ф. Коваленко, М.Т. Греховой, Ю.А. Кацману, С.А. Зусманову, И.В. Лебедеву и др. Освоение СВЧ диапазона привело к поиску новых физических эффектов и полупроводниковых приборов, обладающих отрицательным сопротивлением. Усилия прежде всего были направлены на создание полупроводниковых негатронов, обладающих отрицательным сопротивлением как можно на более высоких частотах в сверхвысокочастотном диапазоне. Началом поиска путей создания таких СВЧ-приборов было положено статьей Шокли, опубликованной в 1954 году [11]. Автор обсуждает идею двухэлектродного прибора с отрицательным сопротивлением, возникающим благодаря эффекту времени пролета. В качестве первого примера он рассматривает «диод с задержкой неосновных носителей». В предлагаемой им p+-n-p или (n+-p-n)-структуре, неосновные носители, инжектируемые из p+-n перехода, дрейфуют к другому p-n переходу, претерпевая при этом задержку, равную времени пролета. Другой прибор, предложенный Шокли, представляет собой p-n-p структуру, которая используется в режиме прокола, чтобы обеспечить ее униполярность. Эти две структуры необычайно похожи на появившиеся позднее инжекционно-пролетные диоды (ИПД). Источник: http://www.izobretem.ru/
Категория: Наука \| Добавил: vitalg (31.Янв.2011)
Просмотров: 353

E-mail:
Пароль: