Главная
Коллекция "Revolution"
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Лавинно-пролетный диод
Лавинно-пролетный диод
Исследование физического принципа действия, устройства и характеристик лавинно-пролетного диода и диодного генератора на его основе. Зависимость основных параметров генератора от режима работы. Методика измерений, подготовка к ним и порядок проведения.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | методичка |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 10.09.2015 |
| Размер файла | 1,7 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Лавинно-пролетный диод
Содержание
- Лавинно-пролётный диод
- 1. Общие положения
- 2. Принцип действия
- 2.1 Лавинный пробой
- 2.2 Обратная связь
- 2.3 Фазовое условие
- 2.4 Амплитудное условие
- 3. Конструкция диода
- 4. Эквивалентная схема ЛПД
- 5. ЛПД как отрицательное сопротивление
- 6. Эквивалентная схема генератора на ЛПД
- 7. Перестройка частоты ГЛПД
- 7.1 Электронная перестройка частоты
- 7.2 Перестройка частоты варикапом
- 8. Параметры и характеристики
- 8.1 Диапазон перестройки частоты, рабочий диапазон частот
- 8.2 Стабильность частоты генератора
- 8.3 Выходная мощность
- 8.4 Спектральная плотность шумов (амплитудных, частотных)
- 8.5 Зависимость основных параметров ГЛПД от режима работы
- 9. Изучаемый диод и генератор
- 10. Описание измерительной установки
- 11. Методика измерений
- 12. Указания мер безопасности
- 13. Подготовка к измерениям
- 14. Проведение измерений
- 15. Указание к оформлению результатов
- Литература
Лавинно-пролётный диод
Цель работы - изучить физический принцип действия, устройства и характеристики лавинно-пролётного диода и диодного генератора на его основе.
Самостоятельная работа - занести в рабочую тетрадь название и цель лабораторной работы, основные положения, формулы и рисунки, необходимые при ответе на контрольные вопросы.
1. Общие положения
Лавинно-пролётный диод - это полупроводниковый прибор, работающий в режиме лавинного умножения носителей заряда при обратном смещении электронно-дырочного перехода.
Генерация СВЧ-колебаний при лавинном пробое полупроводниковых приборов впервые была обнаружена А.С. Тагером, А.Л. Мельниковым, Г.П. Кобельковым и А.М. Цебиевым в 1959 г. (диплом на открытие № 24 приоритет 27.10.1959 г.). В дальнейшем на основе обнаруженного эффекта были созданы специальные полупроводниковые приборы, получившие название лавинно-пролётных диодов (Л ПД),
До этого времени не удавалось создать эффективного автогенератора сантиметровых волн, который мог бы служить твердотельным эквивалентом одного из основных электровакуумных приборов СВЧ - отражательного клистрона. Этот пробел в значительной мере восполнил полупроводниковый СВЧ прибор - ЛПД, явившийся основой целого класса СВЧ устройств: генераторов, усилителей, преобразователей частоты, генераторов шума.
С момента создания ЛПД достигнуты существенные успехи в увеличении выходной мощности, к. п. д., в расширении частотного диапазона ЛПД, измерении параметров, совершенствовании методов изготовления. ЛПД изготовляют из кремния (Si), германия (Ge) и арсенида галлия (GaAs).
ЛПД работает в диапазоне частот 0,1-340ГГц, обеспечивая мощность 6-8Вт в сантиметровом диапазоне в непрерывном режиме, а мощность многодиодного генератора этого диапазона может составлять несколько десятков или даже сотен ватт. В дециметровом диапазоне мощность импульсного диодного генератора может превышать несколько киловатт.
Такой уровень мощности является достаточным для использования этих приборов в радиоэлектронных системах различного назначения, и в настоящее время накоплен немалый опыт их применения в приёмо-передающих модулях активных фазированных антенных решеток (АФАР), радиомаяках, генераторах накачки параметрических усилителей, связных и телеметрических передатчиках, РЛС малой мощности.
2. Принцип действия
2.1 Лавинный пробой
Принцип действия ЛПД основан на использовании лавинной ионизации и времени пролета носителей в p-n-переходе между областями электронной и дырочной проходимости. В таком переходе за счет разности концентрации электронов (Nn) и дырок (Np) на границе раздела образуется внутреннее электрическое поле, распределение которого зависит от структуры перехода и распределения примесей.
Схематически механизм работы ЛПД можно представить следующим образом. Рассмотрим запорный слой обратно смещенного плавного p-n-перехода (рисунок 1). Он представляет собой участок полупроводника, в котором практически отсутствуют подвижные носители заряда, а приложенная к р-п-переходу разность потенциалов компенсируется полем объемного заряда ионов примеси Nn и Np, положительным в одной части запорного слоя (n-слой) и отрицательным - в другой (р-слой).
Рисунок 1 - Запорный слой и поле в ЛПД
Этот участок ограничен с обеих сторон нейтральными слоями полупроводника. Напряженность электрического поля Е максимальна, так как сопротивление велико в плоскости х = 0, где объемный заряд ионов примеси меняет знак (плоскость технологического перехода).
По мере увеличения внешнего напряжения запорный слой расширяется, и напряженность электрического поля возрастает.
Когда поле в плоскости технологического перехода достигает некоторого критического значения E=Ekp, начинается интенсивный процесс ударной ионизации атомов кристалла подвижными носителями заряда, приводящий к нарастанию числа носителей, т.е. образованию новых злектронно-дырочных пар. Ток через переход резко возрастает - происходит лавинный пробой. Описанный процесс объясняет поведение обратной ветви вольт-амперной характеристики (ВАХ) диода, приведенной на рисунке 2.
Рисунок 2 - Обратная ветвь вольт-амперной характеристики ЛПД
При напряжении выше пробивного (U>Uпроб) кривая круто изменяет направление. При плавной обратной ветви подобные процессы выражены слабее.
2.2 Обратная связь
Заметим, что область перехода, в которой происходит лавинное образование носителей заряда, сосредотачивается в узком слое д вблизи максимума напряженности поля (рисунок 1, а). Эту область принято называть слоем умножения, а остальную часть перехода, где напряжённость поля недостаточна для развития лавины, - пролётным пространством. В результате лавинообразного размножения носителей заряда в p-n-переходе концентрация носителей в нем будет увеличиваться, что приведет к резкому уменьшению падения напряжения на структуре, так как сопротивление структуры уменьшится. Поскольку поле станет меньше критического, лавина будет затухать. Это приведет к росту сопротивления структуры и падение напряжения на ней начнет расти, что снова приведет к процессу ударной ионизации и появлению лавины. Таким образом, процесс повторяется. Налицо положительная обратная связь. Скорость генерации носителей при ударной ионизации зависит не только от напряжённости электрического поля, но и от числа иницирующих носителей. Таким образом, если напряжённость электрического ноля в слое меняется по гармоническому закону относительно среднего уровня Е=Ekp, как показано на рисунке 3, то число генерируемых носителей и ток проводимости, обусловленный дрейфом этих носителей, ток лавины , стремительно нарастают к концу положительного полупериода.
лавинный пролетный диод генератор
Рисунок 3 - Форма лавинного тока в слое умножения
Время, в течение которого лавинный поток зарядов успевает возникнуть и достичь электродов диода, составляет всего лишь стомиллиардные доли секунды. В ощутимых для нас временных масштабах такой временной интервал не представляет собой даже мига.
Что же касается лавинно-пролётных диодов, то им этого мига вполне достаточно для того, чтобы в них успевал нарастать и спадать лавинообразный процесс.
В течение каждой секунды лавина возникает несколько миллиардов раз, в результате чего и происходят колебание с частотой, измеряемой десятками тысяч мегагерц, которым соответствуют волны миллиметровой длины.
2.3 Фазовое условие
Однако такие волны могут появиться только в том случае, если в определенном режиме работы диода его внутреннее сопротивление приобретает отрицательный знак. Отрицательное, же сопротивление возникает из-за того, что лавинообразный ток достигает максимальной величины в тот момент, когда волна напряжения, успев пройти через свой максимум, уже пошла на спад, т.е. ток диода запаздывает по фазе относительно переменного напряжения на его электродах.
Для реализации генераторного режима ЛПД устанавливают в зазор резонатора с явно преобладающей компонентой осевого электрического поля и подают на него напряжение смещения Uo, по величине близкое к пробивному (U?Uпроб) (рисунок 4, а).
Рисунок 4 - Вольт-амперная характеристика (а) и форма СВЧ колебаний (б)
Тогда в моменты максимального значения СВЧ поля (имеющего флуктуационное происхождение) переменное напряжение складывается с напряжением смещения, и в отрицательные его полупериоды поле в слое умножения достигает пробивного значения
E=E0+E~ ? EПРОБ
Общая напряженность в слое умножения становится достаточной для развития лавины.
Лавинная природа тока обуславливает его заметную инерционность, так как на развитие процесса лавины требуется определенное время.
Известно, что это время запаздывания ф3 близко к четверти периода, или угол запаздывания
Изап=щф3=2рf*1/4T=р/2 (2)
Движение носителей в ЛПД удобно проиллюстрировать с помощью пространственно-временной диаграммы, изображённой на рисунке 5, где и0=щфдр - угол пролёта на участках р и n.
Рисунок 5 - Пространственно-временная диаграмма
При построении диаграммы учтён угол запаздывания изап*р/2. Образовавшиеся сгустки носителей (электронов и дырок) перемещаются внутри p-n-перехода через пролётные пространства S1 и S2. (На диаграмме показано лишь движение электронов через пространство S2). Движение дырок можно изобразить аналогично - снизу от оси щt. Заметим, что изменение координаты z во времени практически линейно, так как скорость дрейфа носителей в условиях U?Uпроб близка к насыщению. Таким образом, благодаря задержке в развитии лавины изап и наличию пролётного промежутка обеспечивается сдвиг по фазе на величину И0=р между импульсами тока и высокочастотным полем. Следовательно, сгустки электронов, сформированные в слое умножения, дрейфуют в пролётном пространстве, т.е. в обеднённой области, к катоду (плюс источника Uo) и тормозятся во время отрицательного полупериода СВЧ поля Е~, отдавая во внешнюю цепь (контур генератора) свою энергию.
Следовательно, активная составляющая сопротивления диода R может быть отрицательной (рисунок 6).
Рисунок 6 - Отрицательное сопротивление
Это обстоятельство и обеспечивает возможность, при определенных условиях, возникновению автоколебаний. Сдвиг по фазе на величину р между образующимися импульсами тока и переменным высокочастотным напряжением означает, что диод в динамическом режиме обладает отрицательным сопротивлением (ОС), которое называют отрицательным динамическим сопротивлением (ОДС).
2.4 Амплитудное условие
Возбуждение СВЧ колебаний в генераторе происходит, когда отрицательное сопротивление ЛПД превысит суммарные потери в системе, включая потери в диоде, контуре и нагрузке - Rпот. Это имеет место при токах диода, превышающих значение пускового тока (рисунок 7).
Рисунок 7 - Зависимость выходной мощности генератора от тока ЛПД.
Пусковой ток растёт с ростом частоты. Обычно он составляет десятки и сотни миллиампер.
Подведем некоторые итоги.
Как было установлено выше, механизм внутренней обратной связи создается в ЛПД объемным зарядом. Отставание тока эмиссии от поля эквивалентно введению в обратную связь запаздывания, что существенно влияет на колебательные свойства системы. При некоторых условиях эта связь может оказаться достаточной, чтобы в диоде возникли собственные автоколебания. В этом случае диодный промежуток работает как автоколебательная система, создавая в активной внешней нагрузке импульсы тока с частотой, определяемой временем запаздывания.
Таким образом, в ЛПД имеет место внутренняя обратная связь, выполняется фазовое условие и в случае выполнения амплитудного условия, т.е. когда рабочий ток I0 достигает значения пускового IПУСК, в резонаторе, куда помещён ЛПД, могут возникнуть автоколебания.
3. Конструкция диода
Современные конструкции ЛПД имеют сравнительно небольшие габаритные размеры. Конструкция и размеры одного из стандартных корпусов ЛПД приведены на рисунке 8.
Рисунок 8 - Конструкция ЛПД
Здесь 1 - основание для крепления структуры; 2 - полупроводниковая структура; 3 - внутренний вывод; 4 - верхний и нижний фланцы; 5 - керамический цилиндр. Для высокочастотного ЛПД с целью уменьшения паразитных реактивностей применяются корпуса с меньшими размерами (например, диаметр керамического цилиндра 0,84мм, а его высота всего 0,3мм). Масса диодов находится в пределах от нескольких долей до единиц граммов.
4. Эквивалентная схема ЛПД
Приведённые выше рассуждения позволяют понять принципы построения эквивалентной схемы ЛПД. Геометрические размеры полупроводниковой структуры настолько малы, что практически во всем СВЧ диапазоне она может быть представлена схемой на сосредоточенных элементах, входное комплексное сопротивление которой
ZД=rд+jxд (3)
Эквивалентная схема ЛПД определяется электронными процессами в диодном промежутке. При воздействии на диод высокочастотного электромагнитного поля конструктивные элементы корпуса создают дополнительные реактивные сопротивления, поэтому полное сопротивление диода определяют обычно на основании эквивалентной схемы диода в корпусе (рисунок 9, а). В этой схеме параметры р-п-перехода представлены через реактивное сопротивление Хд и активное сопротивление rД (а-а). Активное сопротивление потерь в полупроводниковой структуре и выводах представлено rS. Параметры LП и СП - эквивалентные индуктивность и емкость корпуса и выводов.
В соответствии с рассмотренной моделью эквивалентная схема полупроводниковой структуры ЛПД представляется последовательным соединением двух участков: слоя умножения и области дрейфа (рисунок 9, б). Слой умножения при малой амплитуде поля может быть представлен эквивалентной схемой - параллельным колебательным контуром, содержащим индуктивность лавины LЛ и эквивалентную емкость слоя умножения Сл (рисунок 9, б)
а) б)
а - в корпусе; б - представленная последовательным соединением двух участков
Рисунок 9 - Эквивалентная схема ЛПД
Полное сопротивление слоя
ZЛ=1/YЛ=1/jщCЛ (1-щЛ/щ), (4)
где щЛ=1/vLЛСЛ - собственная резонансная частота контура, называемая лавинной частотой. Эквивалентная схема области дрейфа при малой амплитуде поля показана на рисунке 9, б. Полное сопротивление области дрейфа сводится к виду
Zдр=Rдр+jXдр, (5)
где RДР - активное сопротивление области дрейфа; ХДР - реактивное сопротивление области дрейфа. Активное сопротивление области дрейфа отрицательно на всех частотах щ=щЛ, кроме частот, на которых
RДР=0 (при и=2рn, n=1,2,…).
Зависимость RДР от угла пролета идр показана на рисунке 10.
Рисунок 10 - Зависимость активного сопротивления слоя дрейфа ЛПД от угла пролёта
Максимум отрицательного сопротивления наблюдается вблизи идр=р. При дальнейшем увеличении идр до 2р сопротивление RДР уменьшается до нуля. Видно, что диапазон частот, в котором может быть обеспечено ОС, велик. Однако обычно считают, что ЛПД хорошо работает лишь на частотах, соответствующих углу пролёта
иДР=щфДР=р.
Таким образом, контур LЛСЛ характеризует процессы в слое умножения, а RДР и ХДР - процессы в слое дрейфа. Полное сопротивление ЛПД Z=R+jX.
Примерная зависимость активного R и реактивного X сопротивлений от частоты показана на рисунке 11. На частотах ниже лавинной щЛ активное сопротивление ЛПД положительное, а реактивное имеет индуктивный характер. На частотах выше щЛ активное сопротивление отрицательное, а реактивное становится ёмкостным. Область отрицательных сопротивлений соответствует широкому диапазону частот.
Рисунок 11 - Зависимость активной и реактивной составляющих ЛПД от частоты
Наличие отрицательного сопротивления и позволяет использовать ЛПД для создания генераторов и усилителей СВЧ. Параметры зарубежных лавинно-пролётных диодов, рекламируемых на российском рынке [15], приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Параметры лавинно-пролётных диодов
|
Марка |
f, ГГц |
PВЫХ, мВт |
U, В |
I, А |
|
|
F14-D1-350-420 |
35-42 |
200 |
45 |
0,15 |
|
|
F14-D1-420-090 |
42-49 |
100 |
35 |
0,15 |
|
|
F14-D1-900-960 |
49-55 |
100 |
25 |
0,2 |
|
|
F14-D1-350-420-1 |
90-96 |
150 |
20 |
0,2 |
|
|
F14-D1-350-420-2 |
90-96 |
70 |
20 |
0,15 |
5. ЛПД как отрицательное сопротивление
Диодный генератор на ЛПД (ГЛПД) состоит из полупроводникового диода и внешней относительно диода колебательной системы. При анализе генератора в динамическом режиме диод удобно рассматривать как двухполюсник с полным комплексным сопротивлением ZД=RД+jXД, активная составляющая которого отрицательна.
Если ток и напряжение на входе двухполюсника меняется по гармоническому закону с частотой щ=2рf
i=I1sinщt (7)
u=U1sin (щt+г),
где I1 и U1 - амплитудное значение тока и напряжения;
г - сдвиг фаз между током и напряжением,
то средняя за период T мощность, выделяемая двухполюсником
T
PД=1/T?iudt=0,5I1U1cosг (8)
0
отрицательная при 0,5р?г?1,5р. Следовательно, будет отрицательной и активная составляющая полного сопротивления.
ZД= (U1/I1) cosг+j (U1/I1) sinг (9)
Это означает, что двухполюсник выделяет во внешнюю цепь энергию высокочастотных колебаний за счет преобразования энергии источника питания. Таким образом, действие ОС эквивалентно включению в электрическую цепь источника колебательной мощности.
Вольт-амперная характеристика двухполюсника с ОС имеет падающий участок, расположенный между двумя участками с положительным наклоном. ЛПД имеет ВАХ S-типа (рисунок 12). Появление падающего участка на динамической характеристике диода обусловлено наличием положительной обратной связи по току.
Рисунок 12 - Динамическая ВАХ ЛПД
Для диодов с ВАХ S - типа напряжение является однозначной функцией тока u=f (i). Поэтому рабочая точка может быть установлена однозначно в пределах падающего участка ВАХ, если внутреннее сопротивление источника питания RI велико (RI?rД), что имеет место для диодов S - типа (источник тока). Схема подключения ЛПД к источнику питания показана на рисунке 13.
Рисунок 13 - Схема питания ЛПД
Таким образом, отрицательное сопротивление ЛПД проявляется только в том случае, если его помещают в высокочастотный резонатор, настроенный на определённую частоту, и задают ему режим лавинного пробоя. В таком режиме ЛПД является генератором СВЧ колебаний с частотами до нескольких десятков гигагерц.
В статическом же режиме сопротивление ЛПД во всём диапазоне токов и напряжений положительно. Поэтому на статической вольт-амперной характеристике ЛПД нет участков с отрицательным сопротивлением (см. рисунок 4).
Образование отрицательного сопротивления ЛПД возможно лишь в сравнительно узком диапазоне СВЧ и объясняется результирующим сдвигом фаз между ВЧ напряжением, приложенным к диоду, и током, наведённым во внешней цепи. На остальных частотах сопротивление положительно.
6. Эквивалентная схема генератора на ЛПД
Свойства генератора на ЛПД в сантиметровом диапазоне можно приближенно описать, используя эквивалентную схему, изображённую на рисунке 14 и представляющую собой сочетание описанной выше схемы ЛПД (рисунок 9) с параметрами внешнего контура (резонатора). Последний,
Рисунок 14 - Эквивалентная схема ГЛПД
представлен полным реактивным сопротивлением ХК и активным сопротивлением RК, включающим в себя приведённое сопротивление нагрузки Х'H и R'Н:
Хк=ХР+Х'н (10)
RK=Rp+R'Н.
Здесь ХP и RP - реактивное и активное сопротивления резонатора.
Основную трудность при расчётах по методу эквивалентных схем вызывает определение параметров р-n-перехода (ХД, rД и rS). В общем случае эти величины представляют собой сложные функции, зависящие от рабочего тока диода I0, частоты щ, амплитуды высокочастотного поля ЕВЧ и свойств полупроводника (степени легирования примесями, технологии изготовления и т.д.). Однако для случая, когда ток диодов I0 не слишком превосходит пусковой ток Iпуск, определяющий начало возникновения колебаний, реактивное сопротивление можно представить следующей зависимостью:
Хд (щ, Iо) =-1/щСд (I0), (11)
где Сд - ёмкость р-n-перехода, имеющая значение в пределах 0,1-0,3 пФ. Формула (9) позволяет найти частоту генерации такого прибора. Действительно, используя уравнение стационарной частоты колебаний в виде У X = 0, получим
Хд (щ, Iо) +щLП+1/ (-щСП+1Хк) =0. (12)
В этом выражении реактивное сопротивление резонатора принято индуктивным: X=щLП. Связано это с тем, что при малой величине индуктивности корпуса диода (LП?10-9Гн) для компенсации оставшихся двух ёмкостных сопротивлений необходима индуктивная настройка резонатора. Решение уравнения (10) можно записать в следующем виде:
щI, П2=0,5 [щ22+щР2] ±{0,25 [щ22+щР2] - щ12щР2}1/2 (11)
где щР2=1/ (LPCP) - резонансная частота промежуточного параллельного контура;
щI2=1/ (LPCД) - резонансная частота последовательного контура;
щ22=щI2 (1+СД/СП) - резонансная частота собственного контура диода.
Из двух возможных значений частоты щI и щП устойчивой, как правило, является позиция щI< щП.
7. Перестройка частоты ГЛПД
7.1 Электронная перестройка частоты
Перестройка частоты может осуществляться путем изменения реактивных параметров контура автогенератора (см. рисунок 14) за счет изменения тока питания диода I0.
Рисунок 15 - Перестройка частоты током питания.
При изменении тока питания диода I0 частотная модуляция проявляется как следствие зависимости реактивного сопротивления диода от тока питания Хд (I0). Модуляционная характеристика (зависимость девиации частоты ?f от I0) близка в этом случае к линейной (рисунок 15) для частот модуляции, не превышающих нескольких сотен мегагерц, а крутизна её зависит от параметров диода и добротности контура генератора. Обычно для генераторов сантиметрового диапазона крутизна характеристики составляет несколько мегагерц на миллиампер.
Недостатком этого способа модуляции является относительно небольшая девиация частоты (0,15-0,3%) и высокий уровень паразитной амплитудной модуляции, которая возникает вследствие зависимости отрицательного сопротивления диода от тока питания и вынуждает ограничивать максимальную девиацию частоты.
7.2 Перестройка частоты варикапом
Значительно лучшие результаты можно получить при полном или частичном включении варикапа в контур генератора, что эквивалентно включению дополнительной управляемой емкости Cb (U) и сопротивления потерь варикапа RB. При полном включении варикап включается непосредственно в контур генератора (рисунок 16, а) (последовательно или параллельно диоду); при частичном включении он связан с контуром генератора с помощью трансформатора связи (рисунок 16, б), либо специального элемента связи.
а) б)
а - полное; б - частичное
Рисунок 16 - Схема включения варикапа в контур ГЛПД
При полном включении варикапа можно получить максимальную девиацию частоты, однако потери в контуре при этом сильно увеличиваются из-за сопротивления потерь варикапа, что приводит к значительному уменьшению контурного к. п. д. и выходной мощности генератора. Полное включение позволяет осуществить девиацию частоты 20-40% при изменении выходной мощности не более чем на 3 дБ.
При частичном включении девиация частоты и вносимые потери зависят от степени связи варикапа с резонатором. В этом случае в сантиметровом диапазоне возможно получение девиации частоты 1-5 % при потерях мощности 0,5-0,8 дБ.
8. Параметры и характеристики
8.1 Диапазон перестройки частоты, рабочий диапазон частот
Под рабочим диапазоном частот генератора понимается тот интервал частот, в котором прибор обеспечивает выходную мощность и другие параметры не хуже величин, указанных в технической документации. В рабочем диапазоне частот перестройка частоты генератора может осуществляться за счёт совместного или раздельного действия механической или электрической перестройки частоты. Для генераторов с фиксированной частотой диапазон частот означает, что прибор данного типа при изготовлении может быть настроен на любую фиксированную частоту в указанном диапазоне. Под диапазоном частот для перестраиваемых генераторов понимается диапазон, в котором могут изготовляться приборы этого типа с указанным диапазоном перестройки частоты (рабочим диапазоном). Ширина диапазона перестройки частоты генератора (механической или электрической) численно характеризуется либо абсолютными величинами частоты
?f=fмакс-fмин [ГГц, МГц], (14)
либо относительной величиной дf [%]:
дf= [2* (fмакс-fмин) / (fмакс+fмин)] *100%, (15)
где f макс и f мин - максимальная и минимальная граничные частоты диапазона перестройки частоты.
Для очень широких диапазонов перестройки частоты удобнее пользоваться коэффициентом перекрытия диапазона.
КПЕР=fмакс/fмин. (16)
Небольшой диапазон перестройки удобнее характеризовать в абсолютных величинах частоты (мегагерцы или гигагерцы).
Электрическая перестройка частоты генератора осуществляется изменением напряжения смещения дополнительного диода - варикапа, а также изменением напряжения на самом активном элементе. Так как зависимость ёмкости варикапа от напряжения смещения является нелинейной, то это приводит к нелинейному характеру изменения частоты генератора. На рисунке 17 показан характер зависимости частоты ГЛПД от напряжения смещения на варикапе UB.
Рисунок 17 - Характер зависимости частоты ГЛПД от напряжения смещения на варикапе
Кроме диапазона электрической перестройки для генераторов указывается крутизна электрической перестройки частоты, которая характеризует изменение частоты генерируемых колебаний, приходящееся на 1В изменения напряжения смещения варикапа. Если электрическая перестройка частоты имеет нелинейный характер, то указывается либо минимальное значение крутизны перестройки, либо минимальное SМИН и максимальное SМАКС значение крутизны.
Степень искажения характеристики электрической перестройки частоты оценивается величиной перепада крутизны электрической перестройки дS в рабочем диапазоне частот
дS =Sмакс/SМИН.
8.2 Стабильность частоты генератора
Стабильность частоты является одной из главных характеристик генератора, во многом определяющая перспективы его использования. Различают:
а) кратковременную стабильность - изменение частоты за период времени порядка нескольких секунд;
б) средневременную стабильность - изменение частоты за период времени порядка часов или температурную стабильность;
в) долговременную стабильность - изменение частоты за период времени порядка года.
Кратковременная стабильность (шумовые характеристики) определяется быстрыми изменениями в элементах генератора с одной стороны и эффективной добротностью резонатора с другой.
Средневременная стабильность определяется главным образом температурными зависимостями частоты генератора.
Долговременная стабильность связана с медленными изменениями частот, которые происходят по многим причинам.
Известно, что величины стабильности частоты и шумов существенно зависят от интенсивности воздействия на них дестабилизирующих факторов, которые по своему характеру воздействия подразделяются на внешние и внутренние и могут вызывать как обратимые, так и необратимые изменения частоты, шумов и других электрических параметров и характеристик. При этом наиболее существенными внешними дестабилизирующими факторами являются тепловые (изменения температуры окружающей среды в широких пределах), а также изменения питающих напряжений и механико-акустического воздействия.
Внутренние дестабилизирующие факторы, приводящие, как правило, к необратимым изменениям параметров, связаны с физическими, конструкторско-технологическими изменениями, происходящими в активных и пассивных приборах и конструктивных элементах. Основными и наиболее существенными факторами, приводящие к внутренним изменениям генераторов, являются интенсивные тепловые нагрузки.
В общем виде нестабильность СВЧ генераторов, вызываемую внешними и внутренними дестабилизирующими факторами, можно представить в виде
n
?f/f0=У|?f/f0|, (17)
i=1
где f0 - фиксированная частота генератора до воздействия на него
дестабилизирующих факторов;
?f - общее изменение частоты генератора при воздействии на него всех
дестабилизирующих факторов;
i - количество компонент нестабильности частоты генератора,
вызванных различными дестабилизирующими факторами.
В настоящее время исследуются н разрабатываются стабильные (10-3-10-4) и высокостабильные (10-4-10-5) полупроводниковые СВЧ генераторы малой (<0.1Вт) и повышенной (>0,1Вт) выходной мощности в сантиметровом миллиметровом диапазонах длин волн.
8.3 Выходная мощность
Под выходной мощностью генератора (непрерывной или импульсной) понимается минимальное значение мощности, выделяемой на согласованной высокочастотной нагрузке, в рабочем диапазоне частот. Обычно коэффициент стоячей волны (КСВН) с внешней высокочастотной нагрузки не должен превышать 1,3. При работе генераторов на нагрузку с с > 1,3 их выходные параметры могут существенно изменяться. В общем случае выходная мощность генераторов уменьшается с увеличением частот генерируемых колебаний. Это связано с физическими процессами работы генераторов. При перестройке частоты генерируемых колебаний в пределах рабочего диапазона наблюдается изменение мощности, характер которого в частотном диапазоне зависит от вида генератора и способа перестройки частоты. На рисунке 18 показан характер изменения уровня выходной мощности различных генераторов на ЛПД в диапазоне перестройки частоты с помощью варикапа.
Рисунок 18 - Характер изменения уровня выходной мощности генераторов на ЛПД
Изменение мощности происходит как в результате изменения отрицательного сопротивления генератора в диапазоне частот перестройки, так и из-за ухудшения согласования импеданса генератора и нагрузки.
Степень неравномерности выходной мощности при перестройке частот генераторов обычно оцениваются величиной перепада выходной мощности ?PВЫХ в диапазоне электрической (или механической) перестройки
?PВЫХ=10lg (PВЫХМАКС/PВЫХМИН) [дБ], (18)
где - PВЫХ МАКС и PВЫХ МИН - максимальное и минимальное значение выходной мощности в диапазоне перестройки частоты.
8.4 Спектральная плотность шумов (амплитудных, частотных)
Колебания СВЧ генераторов не являются монохроматическими, т.е. спектр колебаний генераторов занимает некоторую полосу частот. Такое расширение спектральной линии генераторов обусловлено хаотическими флюктуациями носителей заряда, а также воздействием дестабилизирующих факторов (пульсаций напряжения и тока источника питания, вибрации, недостаточной экранировки, плохому заземлению и т.д.). Спектр колебаний генераторов в непрерывном режиме существенно зависит от добротности внешней колебательной системы и связи с нагрузкой. При достаточной добротности внешней колебательной системы и оптимальной связи генератора с нагрузкой наблюдается наиболее чистый спектр, близкий к спектру монохроматического колебания.
Спектр СВЧ мощности генератора является обшей характеристикой фазовых шумов, которые состоят из частотно-модулированных (ЧМ-шумы) и амплитудно-модулированных шумов (АМ-шумы). Спектр содержит сигнальную линию бесконечно малой ширины и фазовые шумы (рисунок 19). Нарушение монохроматичности колебаний генератора связано с хаотическими флюктуациями его частоты и амплитуды (мощности), т.е. с частотными и амплитудными шумами. Они создают шумовой спектр в широкой полосе частот. Среднеквадратичные значения мощности шумов располагаются симметрично относительно несущей частоты f0.
Рисунок 19 - Спектр СВЧ мощности генератора
Уровень амплитудных флюктуаций генератора NШ (АМ) характеризуется отношением спектральной плотности мощности шума РША к мощности автоколебаний P0. Величину NШ (АМ) удобнее выражать не в относительных единицах, а в децибелах
NШ (АМ) =10lg (РША/P0) [дБ/Гц], (19)
Величину NШ (АМ) называют спектральной плотностью флюктуации амплитуды (мощности) или спектральной плотностью амплитудных шумов, а чаще просто величиной амплитудных шумов (АМ-шумы).
По аналогии качество генератора по ЧМ-шумам определяется отношением мощности шумов одной боковой полосы, РШ (AF) к полной мощности сигнала P0 на несущей частоте f0. Это отношение бертся при отстройке fМ от несущей в полосе ?f=1Гц (см. рисунок 19), Отношение РШ (AF) / P0 показывает, на сколько децибел значение мощности шумов ниже мощности сигнала на несущей частоте.
NШ (ЧМ) =10lg (РШ (AF) /P0) [дБ/Гц]. (20)
На практике эту величину называют просто величиной частотных шумов (ЧМ-шумы). Действительная полоса ?f, употребляемая при измерениях, может быть больше 1Гц, однако для сравнения она должна быть приведена к 1Гц.
Величины частотных и амплитудных шумов СВЧ генераторов на полупроводниковых приборах самые большие вблизи частоты автоколебаний; по мере удаления от нее значения этих шумов значительно уменьшаются. Для использования в аппаратуре важно знать, как шумы в непосредственной близости от частоты автоколебаний, так и шумы на частотах, отстоящих от основной на величину используемых в аппаратуре промежуточных частот. В первом случае обычно говорят о допплеровских шумах (диапазон 1-500кГц), а во втором - о шумах на промежуточной частоте (диапазон 80-500 МГц).
Из СВЧ генераторов на полупроводниковых приборах наибольшими шумами обладают ГЛПД, что связано с процессом лавинного пробоя. Уровень амплитудных шумов ГЛПД на 10-20дБ, а частотных на 20-40дБ больше по сравнению с отражательными клистронами. Уровень шумов ГЛПД на кремниевых диодах на 5-10дБ может быть больше, чем на германиевых диодах.
Остальные параметры ГЛПД не требуют специального пояснения так как их физический смысл понятен из самого названия. Следует отметить, что допустимый уровень СВЧ источника указывается для генераторов при использовании в фазированной антенной решётке (ФАР) в качестве активного модуля и на него непосредственно может воздействовать СВЧ мощность постороннего источника.
8.5 Зависимость основных параметров ГЛПД от режима работы
Параметры ГЛПД сильно зависят от тока питания. В связи с этим каждый экземпляр генератора имеет (если нет встроенного источника питания) свой номинальный ток, который указывается в паспорте на прибор. Отклонение от этого оптимального режима может привести к ухудшению параметров или даже к выходу прибора из строя.
Прежде всего следует помнить, что все СВЧ генераторы на полупроводниковых приборах в еще большой степени, чем низкочастотные полупроводниковые приборы, чувствительны к электрическим перегрузкам. Связано это с тем, что в СВЧ полупроводниковых приборах р-n-переход значительно тоньше, а тепловые нагрузки значительно выше, чем у низкочастотных приборов. Поэтому превышение паспортного электрического режима даже кратковременно (доли секунды) может привести к пробою прибора.
При использовании генератора, рассчитанного на непрерывный режим, в импульсном режиме необходимо подавать импульсный ток, не превышающий ток для непрерывною режима.
Характер зависимости выходной мощности ГЛПД от тока питания показана на рисунке 20. При малых значениях питающего тока генерация отсутствует, и лишь по достижении некоторого пускового значения Iпуск (точка I) начинается генерация. По мере дальнейшего роста тока питания выходная мощность увеличивается, вплоть до выхода из строя активного элемента (точка 2). От изменения тока частота генерируемых колебаний также заметно изменяется.
Рисунок 20 - Зависимость выходной мощности ГЛПД от тока питания
Поэтому для получения стабильных во времени частоты н мощности ГЛПД должны питаться от источника стабилизированного тока. Связано это с тем, что ЛПД работают на участке лавинного пробоя и небольшие изменения напряжения питания приводят к значительным изменениям тока. Более того, даже при совершенно стабильном напряжении питания ток диода будет изменяться при колебаниях температуры окружающей среды и разогрева диода. Величины допустимых нестабильностей и пульсаций тока питания определяются требованиями к стабильностям частоты и мощности генератора и указываются в технических условиях на прибор.
Выходная мощность и частота генерируемых колебаний генераторов зависит от КСВН нагрузки.
При плохом согласовании генератора с высокочастотной нагрузкой часть выходной мощности отражается от нагрузки и поступает в генератор, что может вызвать возбуждение паразитных колебаний. При изменении параметров высокочастотной нагрузки изменяется и частота генерируемых колебаний. Это явление называется затягиванием частоты.
Чтобы избежать нестабильной работы генератора на высокочастотную нагрузку с большим значением КСВН (больше 1,5), включают между генератором и нагрузкой ферритовый вентиль или развязывающий аттенюатор.
Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению частоты и мощности колебаний генераторов при неизменном токе питания. Параметры зарубежных генераторов на ЛПД, рекламируемых на российском рынке [I5], представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Генераторы на ЛПД
|
Диапазон частот, ГГц |
18-26 |
30-38 |
37-45 |
|
|
Полоса перестройки частоты, МГц |
500 |
500 |
500 |
|
|
Выходная мощность, мВт |
200 |
150 |
100 |
|
|
Нестабильность частоты, МГц/0С, не более |
7 |
7 |
10 |
|
|
Рабочее напряжение, В |
18-55 |
16-40 |
16-40 |
|
|
Ток, А |
0,1-0,6 |
0,05-0,22 |
0,05-0,22 |
Нестабильность выходной мощности …не более 0,03 дБ/0С.
Напряжение перестройки 0-20В.
Интервал рабочих температур от - 5…до +500С.
9. Изучаемый диод и генератор
Изучаемый ЛПД является серийным диодом 2А709, имеет конструкцию, рассчитанную на включение в волноводный тракт. Первая цифра маркировки обозначает материал, из которого изготовлен диод: 2 - кремний. Буква А означает СВЧ. Первая цифра после буквы - это классификационный номер; 7-генераторный диод. Последующие две цифры указывают номер разработки.
Конструктивно диод состоит из герметически запаянного металлокерамического патрона с расположенным внутри него полупроводниковым кристаллом (см. рисунок 8).
Изучаемый генератор на ЛПД собран в объёмном волноводном резонаторе пониженной высоты (5мм), в котором помещён ЛПД (рисунок 21). ЛПД 1 размещается перпендикулярно широким стенам волновода 2, имеющего сечение 23Ч10мм на фланце 3. Напряжение смещения подводится к диоду через фильтр нижних частот (ФНЧ), препятствующий проникновению СВЧ мощности в источниках питания. Перестройка частоты генератора осуществляется, с помощью варикапа. Варикап заключён в резонатор параллельно ЛПД. Напряжение к варикапу также подводится через ФНЧ.
Параллельный способ включения варикапа позволяет получить относительную перестройку частоты ГЛПД до 40%. Однако включение варикапа в контур сопряжено с внесением в него больших дополнительных потерь, что приводит к значительному падению (на 5-7дБ) мощности, отдаваемой в нагрузку. Поэтому, когда допустим не очень широкий диапазон перестройки частоты, например 1-2%, то для сохранения уровня выходной мощности целесообразно применять схему генератора. Именно такое устройство ГЛПД, управляемого ёмкостью, включённой в дополнительный резонатор, показано на рисунке 21.
Рисунок 21 - Конструкция ГЛПД
За счет связи между резонаторами в контур генератора вносится дополнительная переменная реактивность. Для получения оптимальных характеристик ГЛПД вводятся подстроечные штыри 5 и 6. Изменение связи резонатора с нагрузкой производится штырём 7, а между резонаторами - штырём 8.
10. Описание измерительной установки
Для экспериментального изучения физического принципа действия ЛПД, генератора на ЛПД и его характеристик используется измерительная установка, структурная схема которой приведена на рисунке 22.
Рисунок 22 - Структурная схема измерительной установки
На рисунке 22 рисунке обозначены:
А1 - изучаемый ГЛПД;
GI - источник постоянного тока;
Р1 - ваттметр МЗ-28 (мост термисторный Я2М-64 в комплекте с переключателем высокочастотным к МЗ-28);
Р2 - частотомер Ч3-38;
РЗ - анализатор спектров С4-27;
WI - вентиль ферритовый Э8-23;
W2 - переключатель волноводный;
W3 - переключатель коаксиальный к прибору МЗ-28;
W4 - направленный ответвитель (НО);
XWl - волноводный переход с сечения 23x10 мм на сечение 28x12 мм;
ХW2 - волноводно-коаксильный переход АД-112;
XW3 - коаксиальный переход 02;
ХW4 - изогнутый волновод;
ХW5, ХW6 - волноводно-коаксиальный переход Э2-44;
XW7 - коаксиальный переход ПК-5;
XW8 - коаксиальный переход Э2-115/2;
XW9 - коаксиальный переход Э2-115/3;
А - жгут питания ГЛПД и варикапа;
Б - жгут питания блока;
В - кабель коаксиальный из комплекта Ч3-38;
Г - кабель коаксиальный из комплекта С4-27.
11. Методика измерений
Установка предназначена для измерения вольт-амперной и СВЧ характеристик ГЛПД. Источник постоянного тока обеспечивает подачу постоянных напряжений на ЛПД и варикап.
Сигнал от ГЛПД поступает через ферритовый вентиль W1, обеспечивающий необходимую развязку между СВЧ-трактом и генератором, на волноводный переключатель W2. С помощью волноводного переключателя сигнал, идущий от генератора, может подаваться либо на ваттметр Р1 для измерения уровня мощности (положение 2), либо в направленный ответвитель W3 (положение 1). Направленный ответвитель служит для ответвления из основного тракга, части мощности в частотомер Р2, служащий для контроля частоты генератора. По основному тракту мощность поступает на анализатор спектров РЗ, предназначенный для визуального наблюдения отклика сигнала на экране электронно-лучевой трубки.
12. Указания мер безопасности
ВНИМАНИЕ!!!
При подготовке рабочего места и выполнении работы необходимо руководствоваться правилами, изложенными в "Инструкции по технике безопасности для студентов при работе в учебной лаборатории".
Изучить раздел Указания мер безопасности в "Техническом описании и инструкции по эксплуатации" ("ТО и ИЭ") к каждому прибору, входящему в установку и руководствоваться им при работе.
13. Подготовка к измерениям
Ознакомиться с приборами по "ТО и ИЭ".
Для того, чтобы подготовить приборы к работе необходимо:
на блоке питания:
1) повернуть ручки ЛПД и варикапа источника постоянного тока влево до упора;
на ваттметре МЗ-28:
1) отжать все клавиши на блоке термисторного моста Я2М-64;
2) поставить переключатель высокочастотный в положение 0;
на частотомере Ч3-38:
1) установить переключатель АТТЕНЮАТОР в положение БЛОК;
2) установить переключатель РОД РАБОТЫ в положение ЧАСТОТА;
3) установить ручку УРОВЕНЬ в среднее положение;
4) установить ручку настройки ГГц в исходное положение (левое крайнее положение). При измерении частоты настройку всегда начинайте из исходного положения.
на анализаторе спектров:
1) поставить переключатель ПОСТОЯННАЯ ВРЕМЕНИ mS в положение 0,1;
2) поставить переключатель РАЗВЁРТКА S в положение 0,1;
3) поставить переключатель ВЕРТ. МАСШТАБ в положение ЛИН;
4) поставить переключатель ОБЗОР MHz в положение 20-80, а ручку повернуть вправо до упора;
5) поставить ручку ЦЕНТР ЧАСТОТА в среднее положение;
6) поставить ручку ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ кНz в положение 300;
7) поставить переключатель ОТЧЕТ АМПЛИТУД dB в положение - 40 и - 9;
8) повернуть ручку АМПЛИТУДА МЕТКИ MHz влево до упора;
9) поставить переключатель МЕТКИ MHz в положение 10;
10) повернуть ручку УСИЛЕНИЕ влево до упора;
11) повернуть ручку ОСЛАБЛЕНИЕ вправо до упора;
12) поставить переключатель ДИАПАЗОН GHz в положение 1,9-12;
13) установить ручкой НАСТРОЙКА частоту 6510 МГц.
Поставить волноводный переключатель W2 в положение 2.
Включить приборы тумблерами СЕТЬ.
14. Проведение измерений
Для того чтобы измерить вольт-амперную характеристику, необходимо:
1) поставить тумблер источника постоянного тока СЕТЬ-ВЫКЛ в положение СЕТЬ;
2) поворачивая ручку ЛПД, считывать показания с вольтметра (вся шкала 30 В) и миллиамперметра (вся шкала 35 мА).
Для того чтобы измерить частотные характеристики частотомером, необходимо:
1) при токе 1-37мА отметить с интервалом 1мин по часам 10 значений частоты генератора fn (n=1,2,.,
10) по частотомеру для определения стабильности частоты;
2) уменьшая ток I ручкой ЛПД с 37 до 33мА, измерить частотомером перестройку частоты генерации;
3) установить ток I=37мА и, поворачивая ручку ВАРИКАП по часовой стрелке, измерить с интервалом 1B (верхний предел 20В) зависимость частоты генерации от управляющего напряжения на варикапе;
4) повернуть ручку ВАРИКАП влево до упора.
Для того, чтобы измерить частотные характеристики анализатором спектров, необходимо:
1) наблюдать визуально отклик сигнала ЛПД на экране;
2) поставить переключатели ОТСЧЁТ АМПЛИТУД, dB в такое положение, чтобы отклик сигнала находился в пределах экрана;
3) повернуть ручку АМПЛИТУДА МЕТКИ MHz вправо до появления меток высотой 3-4см;
4) установить ручками плавной регулировки ОБЗОР MHz и ЦЕНТР ЧАСТОТА одну метку в центре, а две другие на левый и правый края масштабной сетки экрана, при этом цена одной клетки масштабной сетки составит 0,5МГц;
5) повернуть ручку ЛПД влево до упора;
6) поставить переключатели ОТСЧЁТ АМПЛИТУД, dB в положение - 40 и - 9;
7) поворачивая плавно ручку ЛПД, наблюдать появление отклика сигнала на экране. Записать значение пускового тока I пуск. Отметить положение отклика сигнала по масштабной сетке;
8) поворачивая дальше ручку ЛПД, измерить по масштабной сетке перестройку частоты ?f в зависимости or тока I. При необходимости ввести ослабление сигнала ручками ОТСЧЁТ АМПЛИТУД, dB;
9) установить ручками плавной регулировки ОБЗОР MHz и ЦЕНТР ЧАСТОТА 5 меток в пределах экрана, а отклик сигнала генератора - на правый край масштабной сетки;
10) поворачивая ручку ВАРИКАП вправо до упора, измерить по масштабной сетке зависимость частоты генерации от управляющего напряжением на варикапе;
Для того чтобы измерить уровень фазовых шумов необходимо:
1) повернуть ручки ЛПД и ВАРИКАП источника постоянного тока влево до упора;
2) поставить переключатель ОБЗОР в положение 0,1-5;
3) поставить переключатель ОТСЧЁТ АМПЛИТУД dB в положение - 40 и - 9;
4) поставить ручку АМПЛИТУДА МЕТКИ MHz в среднее положение;
5) поставить переключатель МЕТКИ MHz в положение ВЫКЛ;
6) повернуть ручку УСИЛЕНИЕ влево до упора:
7) поставить переключатель МЕТКИ MHz в положение 1;
8) установить ручкой АМПЛИТУДА МЕТКИ MHz высоту меток 3-4см;
9) установить ручками плавной регулировки О БЗОР MHz и ЦЕНТР ЧАСТОТА две соседние метки на левый и правый края масштабной сетки экрана. При этом цена одной клетки масштабной сетки составит 100кГц. После этого ручку ОБЗОР MHz больше не вращать;
10) выключить метки, поставив переключатель МЕТКИ MHz в положение ВЫКЛ;
11) установить ручкой ЛПД ток 35мА;
12) установить ручкой ЦЕНТР ЧАСТОТА отклик сигнала ГЛПД в центре экрана;
13) поставить переключатель РАЗВЕРТКА S в положение 1 для удобства измерения;
14) поставить переключатель ОТСЧЕТ АМПЛИТУД dB в положение - 10. Это будет нулевой отсчёт;
15) отметить по масштабной сетке уровень отклика сигнала в том месте, где ширина его составит 4 клетки, т.е.400кГц. Таким образом отстройка от несущей частоты f0 будет fм =200кГц (две клетки);
16) установить с помощью переключателей ОТСЧЁТ АМПЛИТУД dB вершину отклика сигнала на ранее отмеченный уровень;
17) зафиксировать и записать измеренную величину фазовых шумов генератора NШ0 в децибелах, которая измеряется при отстройке fМ=200кГц от несущей частоты f0 в полосе ?f=300кГц (NШ0=10Lg (PШ0/P0) [дБ]);
...Подобные документы
Исследование параметров и характеристик туннельных диодов, а также принципа их работы и свойств. Анализ способности туннельного диода усиливать, генерировать и преобразовывать электромагнитные колебания. Обзор методов изготовления и применения диодов.
реферат [712,9 K], добавлен 02.02.2012Описание принципа действия принципиальной электрической схемы устройства. Расчет параметров теплового режима блока и выбор радиаторов для охлаждения полупроводниковых приборов. Монтаж аппаратуры на печатных платах. Порядок сборки и эксплуатации.
курсовая работа [135,4 K], добавлен 16.05.2017Проектирование амплитудно–модулированного СВЧ–передатчика с частотной модуляцией. Расчет задающего генератора на диоде Ганна и выходного усилителя на лавинно–пролетном диоде. Выбор конструкции и эквивалентной схемы, определение электронного режима.
курсовая работа [160,4 K], добавлен 20.09.2011Закономерности протекания тока в p–n переходе полупроводников. Построение вольтамперных характеристик стабилитрона, определение тока насыщения диода и напряжения пробоя (напряжения стабилизации). Расчет концентрации основных носителей в базе диода.
лабораторная работа [171,4 K], добавлен 27.07.2013Разработка структурной и принципиальной схемы устройства и его отдельных блоков и обоснования принятых решений. Алгоритм и временная диаграмма работы генератора и его отдельных блоков. Расчет основных параметров и характеристик и моделирование генератора.
курсовая работа [44,0 K], добавлен 29.01.2009Расчет характеристик параметров кремниевого диода. Составление и характеристика элементов схемной модели для малых переменных сигналов. Структура диода и краткое описание его получения, особенности исследования зависимости барьерной ёмкости от Uобр.
курсовая работа [80,1 K], добавлен 24.01.2012Расчет основных электрических, технологических и эксплуатационных параметров выпрямительного диффузионного диода на основании заданной структуры (характера распределения примеси) и электрических характеристик. Построение графиков зависимости параметров.
курсовая работа [254,5 K], добавлен 15.10.2010Анализ технического задания и выбор структурной схемы импульсно–модулированного СВЧ передатчика с частотной модуляцией. Расчет задающего генератора на диоде Ганна. Расчет колебательной системы. Параметры выходного усилителя на лавинно–пролетном диоде.
реферат [155,1 K], добавлен 20.09.2011Разработка функциональной и принципиальной схемы контактора. Расчет силовой части устройства: выбор варистора и диодного моста, фильтровых конденсаторов. Расчет параметров силового диода и расчет тепловой загрузки. Источник питания системы управления.
дипломная работа [3,9 M], добавлен 08.11.2011Назначение, технические описания и принцип действия устройства. Разработка структурной и принципиальной схем цифрового генератора шума, Выбор микросхемы и определение ее мощности. Расчет блока тактового генератора. Компоновка и разводка печатной платы.
курсовая работа [434,5 K], добавлен 22.03.2016Характеристика полупроводниковых диодов, их назначение, режимы работы. Исследование вольтамперной характеристики выпрямительного полупроводникового диода, стабилитрона и работы однополупериодного полупроводникового выпрямителя. Определение сопротивления.
лабораторная работа [133,6 K], добавлен 05.06.2013Расчет генератора синусоидальных сигналов как цель работы. Выбор принципиальной схемы высокочастотного генератора средней мощности. Порядок расчета LC-генератора на транзисторе, выбор транзистора. Анализ схемы (разработка математической модели) на ЭВМ.
курсовая работа [258,5 K], добавлен 10.05.2009Построение выходного и предвыходного каскадов генератора развертки. Выбор элементной базы разрабатываемых узлов. Схема блока развертки. Синхронизация генератора кадров. Напряжения требуемой формы для работы устройства динамического сведения лучей.
курсовая работа [232,3 K], добавлен 30.08.2011Методы расчета двухконтурной цепи связи генератора с нагрузкой. Нагрузочные характеристики лампового генератора с внешним возбуждением. Расчет значений максимальной мощности и оптимального сопротивления связи XсвОПТ для двух режимов работы генератора.
курсовая работа [210,6 K], добавлен 21.07.2010Полупроводниковые приборы. Выпрямительные свойства диодов. Динамический режим работы диодов. Принцип действия диода. Шотки, стабилитроны, стабисторы, варикапы. Туннельные диоды. Обращённый диод. Статическая характеристика и применение обращённого диода.
реферат [515,0 K], добавлен 14.11.2008Принцип работы и устройства варикапа. Характеристики р-n-перехода полупроводникового диода. Вольтамперные характеристики p-n перехода. Физическая природа емкости полупроводникового диода (варикапа). Зависимость барьерной емкости от постоянного напряжения.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 15.02.2016Ознакомление с конструкцией и принципом действия генератора постоянного тока с параллельным возбуждением. Экспериментальное измерение тока и напряжения якорной обмотки устройства. Построение внешней, регулировочной и нагрузочной характеристик генератора.
лабораторная работа [242,0 K], добавлен 17.02.2012Разработка устройства увязки генератора САУТ-ЦМ и МПЦ без интерфейсных реле, устройства увязки ГПУ с путевым шлейфом при размещении генератора на центральном посту. Технические требования и характеристики системы САУТ-ЦМ. Схема путевого генератора ГПУ.
дипломная работа [176,3 K], добавлен 05.05.2012Назначение и область применения генератора синусоидальных колебаний со встроенным усилителем мощности в радиотехнике и измерительной технике. Описание принципиальной схемы проектируемого устройства, расчет элементов генератора и его усилителя мощности.
курсовая работа [157,2 K], добавлен 06.08.2010Изучение свойств германиевого и кремниевого выпрямительных полупроводниковых диодов при изменении температуры окружающей среды. Измерение их вольт-амперных характеристик и определение основных параметров. Расчет дифференциального сопротивления диода.
лабораторная работа [29,7 K], добавлен 13.03.2013
