Download Fluktuationen und Dynamik aktiver Halbleiter-Bauelemente by Wolfgang Harth PDF

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By Wolfgang Harth

Aktive Halbleiter-Bauelemente können zur Umsetzung von Gleichleistung in Wechselleistung herangezogen werden. Bei den hier beispielhaft behandelten aktiven Zweipolen kann durch interne Rückkopplung ein negativer Widerstand auftreten, mit dem ein Resonator entdämpft wird und somit ein Oszillator entsteht. Dieser Oszillator wird charakterisiert durch seine Amplitude und Frequenz sowie deren Fluktuationen, nämlich Amplituden- und Frequenzrauschen. Damit ein Oszillator überhaupt einen stabilen Arbeitspunkt erreicht, muß das zugehörige aktive Bauelement eine nichtlineare Aussteuer-Charakteristik aufweisen. Bei der Beschreibung der Fluktuationen solcher Bauelemente muß daher die Kenntnis ihrer Dynamik vorausgehen. Dieses Buch behandelt Fluktuationsphänomene und deren Einfluß auf die Dynamik von aktiven Halbleiter-Bauelementen und stellt die vier wichtigsten Rauscheinströmungen ausfürhlich dar: äquivalentes thermisches Rauschen eines negativen Widerstandes, spontane Emission, Schrotrauschen und Rauschen heißer Elektronen. Diese Fluktuationen beeinflussen dabei wesentlich die Funktionseigenschaften des Van der Pol-Oszillators mit negativem, nichtlinearem Widerstand, des Injektionslasers sowie der Lawinenlaufzeit-Diode und des Gunn-Elements. Mit Hilfe der Langevin-Gleichungen, der Fokker-Planck- und Master-Gleichung werden zusammen mit den entsprechenden Autokorrelationsfunktionen jeweils die spektralen Dichten für Amplitude, section und Ausgangsleistung sowie Linienbreite und Rauschmaß bestimmt. Dieses Buch vermittelt Studierenden der Elektrotechnik und der Physik ein vertieftes Verständnis aktiver Halbleiter-Bauelemente aus den Bereichen Hochfrequenz-Elektronik und Opto-Elektronik. Dem Ingenieur in der Praxis kann diese Monographie eine nützliche Einführung in stochastische Phänomene auf diesem Gebiet sein. Vorausgesetzt werden Grundkenntnisse über Differentialgleichungen und Funktionentheorie.

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Die Rauschleistung ist dann viel kleiner als der Mittelwert der Leistung (P). o rasch verschwindet (vgl. 6). 12). 56) 44 2 Van der Pol Oszillator und äquivalentes thermisches Rauschen zugelassen. 13) wird Ra = RL - 1 R(A o + 8A) 1 = RL - 1R(Ao) 1+8A 1R'(o). Da im Arbeitspunkt RL =1 R(A o) 1 ist (vgl. 58) . h. jede Störung aus dem Arbeitspunkt Ao wird mit der Zeitkonstante 1/ ß ausgeglichen. Somit ist A = A o ein stabiler Arbeitspunkt (vgl. 12) und der O. 7 AM- und FM-Rauschen 45 verwechselt werden, für die ein parabolischer Verlauf von -R(A) vorausgesetzt ist).

Für Go -+ -00 wird MI 1 =~- 1 1 Go 13 (vgl. va1entes thermisches Rauschen und strebt also wie l/a~ gegen Null. 11: Varianz der Leistung (7; als Funktion von ao Am Phasenübergang (ao Ml(O) = 2 - ~ = 0,726. 7 AM- und FM-Rauschen 0";. o ~ 0, also mit zunehmender Amplitude Ao bzw. HF-Leistung (P), wird rasch gesättigt. Die Rauschleistung ist dann viel kleiner als der Mittelwert der Leistung (P). o rasch verschwindet (vgl. 6). 12). 56) 44 2 Van der Pol Oszillator und äquivalentes thermisches Rauschen zugelassen.

4: A ----+ Zusammenhang zwischen Aussteuerung A, verschiedenen Lastwiderständen RL und dem Verlauf 1R(A) 1 steuerung A. Nur für RL I R(O) 1 ist keine Selbsterregung möglich (A o = 0); aber durch die Existenz eines negativen Widerstandes -R(O) ist Verstärkung möglich.

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