Title
分布型エサキダイオード発振器について
Author(s)
石川, 徹
Citation
琉球大学理工学部紀要. 工学篇 = Bulletin of Science &
Engineering Division, University of the Ryukyus.
Engineering(3): 171-177
Issue Date
1970-06
URL
http://hdl.handle.net/20.500.12000/23970
分布型 エサキ ダイオー ド発振 器 につ いて
十
石
川
徹 *
StudyoEtheDistributedEsaki-DiodeOscillat.r
TORU Ishikawa
Summary:
ThewrittervisitedNishizawa'SLaboratorylntheTohokuUniversltYSeveraltimes duringtheyearsof1966-1969,tostudyHthedistributedtypeEsaki-Diode",proposed byDr･Nishizawa. Thediodeissupposedtohavenoupper-cutl0fffrequenc),,that iswellknownontheoscillationofaEsaki-Diode.
h thisreport,itistoseewavefom,frequency,slgnaldirectionanditsbiasde
-pendability,usingamodelof"DistributedtypeEsakiDiodeoscillator"
The writtertJSed the model"Ring OsciHator" designed as "Periodically E･D loadedtransmissionlineH
Asaresult,itwasassuredthatthe Oscillatedsignalwasatravellingwave, show-edafrequerLCyaSforecasted,hadaclearcutbiasdependabilityofthesignaldirection.
1
緒 言 1) 周波数特性 を大巾 に改善するため､西沢 が提案 した ｢分布型エサキ ダイオー ド｣は特性 の良 い増 巾器､検波器､発振器､ あるいは大根 巾スイ ソチ ング素子 と して注 目 されて いる｡エサキ ダイオー ド1個 を用 いて発振 させ る場合､上限周波数 がある値 にお さえられて しま う最大の原 因は接合容量の影響 であるが､ これを少 くす るため､西沢 はp- n接合 自体 を伝送線路 と して 用 いることによって､ この間題 を解決 した｡ このp - n接合 ブロ ックは現在入手 で きないため､ ｢周期配列型エサキ ダイオー ド伝送線路J2)
で これ を近似 し,実験 を進 めた｡この能動線路 の出力 を入力側 へ帰還結合 させ た時 の発振周波数 は伝送線路の長 さによって決定 され､ ダイオー ドのL
とC
による自己共振周波数 を越 え､理論的 には無限大の周波数 の発振 が可能 で ある｡本実験 で は試作 された リング発振器 を用 いて､発振周波数 と信号方向 を観測 し､現在探究 されて いる 発撮時 における個 々の ダイオー ドの動作解析 に寄与 しよ うとす るものである｡実験 の結果 ､信 号方向のバイアス依存性 が確認 されたD2
発振理論 周期配列型エサキダイオー ドの伝送線路 およびその等価 回路 をFig.1
に示す｡各 ダイオー ド には安定増巾領域3厄 バ イアスをかける｡等価 回路 か ら伝播定数γ
は次 の よ うに計算 される｡十受付:
1969年10月31日 *琉球大学理工学部電気工学科172
石川 :分布 型 エサ キ ダイ オー ド発 振 器 につ いて
L 等 価
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(1) こ ､で Z｡:イ ンピー ダンスY
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ア ドミッ タンス ーG :エサ キ ダイオー ドの負性 コ ンダクタンス u:角周
波 数 27rJ この式 はエサ キ ダイオー ド伝 送線路 が｡xp.i
G/2√口百
)で増 巾す る能 動線路 で あることを 示 して いる｡従 って出 力 を入 力側 に結 合 して正帰還 させ ることによ り発振 器 と して用 いること で きる｡ 信 号 の伝播速度 は(1)式 の第2
項 よ りV- 1/
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打 とな り､発振周波 数は f- I,/1- 1
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(2) となるoFi
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の よ うな一棟 に連 続 した リング伝送路上 を伝 播 す る信 号波 は､連 続 した進行波 で､ その基本波 は リング周長 を一波 技 とす る周波数 で ある と考 え られ る｡Fi
g.2
の リング発振 器 か ら出力電 力 をとり出す方法 につ いては､今 なお研 究中で あるが､進 行波 で ある以上互 いに逆 方向 に伝 播 す る波 が同時 に存在 す ることは考 え られず､進行波 の方向 を検 出で きる方向性結 合器 による方法 を4)採用 した｡
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に方向性結 合器 を示 す｡O
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シ nl ン 3 実験 装置Fi
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174 石川 :分布 型 エサ キ ダイ オー ド発振 器 につ いて Flg.4にス トリップoI云送線路 (
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性 イ ンピー ダンス50オーム) をリング状 に して六個 の ダイ オー ドを挿 入 した状態 と､他 の測定器具 の写真 を示 すO① はサ ンプ リングオ シログラフ､② は ◆ リ ング ライ ンへ リング発振 器､③ は定電圧源 で あるO バ イアスは､Fig.5の よ うに^/
4線 路で 高 周 波 信 号 を 遮断 して､ リングの内側 か ら供給 した｡Fig.6に測定 裟置の系統l
刃を′J廿 ｡ 電 流 計Fig･6 MesuringDevices(Diagram)
測定 器具 は
下
記 の装置 を使用 した｡ 定電圧源 電圧計 電流計 自作セント 横河社製 横河革 製 オツ シロの AとBイ ン7'ッ トへ サ ンプ リングオ シロス コL プ ヒュー レ ッ ト･パ カー ド社製4
実験結 果 と考察4. 1
発振周波数 理 論式 (2)か ら450Mc用 の リングを自作 して発振 周波数 を観測 した処 ､凡 そ430Mcを得 た｡ そ の波形 と周波数 はFig.9の写真 に示 して あるO現 品値 と実験値 の差 は､1
工
作
時 の リング冊 と厚 さの誤差 に起 凶 す る と思 われ るが､早 坂 の実験結 火 とは ∴ ･･致 しているの で､ この リング碓振 器 によ る進行波 の波 長 は､ リング長 とは ､ヾ一致 す る と結 論 され る｡4. 2
発振信 号 のバ イアス依存 性Ta
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バイアス 電流計 の読 A側信 号 B側 信 号 発振周波数 洩 形 の 写 真
EB(Ⅴ) みⅠp(mA) VA(mV) VB(mV) (MtI) 安 定 性
発振 周波 数 につ いて は､バ イ アス依存 性 は認 め られ ないが､表
1
に示 した よ うに出 力 と信 号 方 向 は大 きくバ イアス に依存 す る こ とが確 かめ られ た｡従 って､適 当 をバ イ アス点 を選 ぶ こ と によ り最 も安定 した大 きい出力 が得 られ るわ けで あ る｡Fi
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に夫 々のバ イ アス点 にお け る波形 を示 す｡ なお､最近 の シ リコ ンオーバ ー レイ トラ ンジス ターの 出現 によ り､ これ を利 用 した数Wの電 力増 巾器 の設計 が可能 となった為 ､分布 型 ユ キサ ダイ オー ドと組 合 せ て設 計 し､ 応用 す るこ とが可能 になる もの と思 われ る｡Fi
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石 川 :分布型 エサ キ ダイオー ド発振 器 につ いて
