3.1 Коливальний контур

Дослідження одно перехідної транзисторної структури показали, що вона забезпечує реалізації високо добротних аналогів індуктивності і в залежності від полярності напруги на емітері володіє властивостями конвектора чи інвертора імітансу. Це дозволяє реалізувати на її основі паралельні та послідовні високо добротні коливальні контури без використання котушок індуктивності, які є основою для побудови полосо-пропускних та полосо-запираючих фільтрів. В основі побудови використовується ПИ на транзисторі VT1, працюючий в режимі перетворення імітансу зі спільним стоком (рис.11)

Рисунок 11Електрична принципова схема активного електрично управляючого коливального контуру

Коливальний контур являє собою складений транзистор, включений по схемі зі спільним колектором, при загрузці вхідних зажимів опором, а вихідних – ємністю.

3.2 Фільтри

Мініатюризація фільтруючих кіл радіотехнічної апаратури являється актуальною проблемою, оскільки фільтруючі кола, коливальні системи знаходять широке застосування в резонансних частотомірах, модуляторах, змішувачах, дільниках частоти та інших приладах автоматики і радіоелектроніки. Особливо великі труднощі виникають в низькочастотному діапазоні СВЧ, так як розміри реактивних елементів, роль яких виконують розімкнені чи заморочені лінії передачі, великі. В роботі [52] пропонується використовувати зосереджені закорочуючі індуктивності і ємності для зменшення розмірів таких елементів. Їх добротність на СВЧ незадовільна, що призводить до погіршення параметрів фільтрів СВЧ. Використання індуктивних властивостей транзистора дозволяє покращити їх параметри. Такий фільтр показаний на рис. 12.

А) Б)

Рисунок 13 Схеми полосо пропускного(а) та полосо закриваючого (б) активних фільтрів СВЧ

3.3 Генератори

Вихідна потужність автогенераторів діапазону СВЧ, виконаних на транзисторах, падає на граничній частоті через кінцівку часу руху неосновних носіїв заряду в базі транзистора. Особливістю автогенераторів на індуктивному транзисторному елементі є можливість генерації електромагнітних коливань на частотах, значно перевищуючих граничну частоту транзистора.

Схема автогенератора показана на рис. 14.

Рисунок 14 Схема генератора СВЧ

Вона складається з транзистора VT1, до виводів емітора і бази якого через дроселі L1,L2 підключені конденсатори C3,C4. Колекторний вивід транзистора заземлений. В якості індуктивності в колі бази транзистора використаний частина котушки L2. Базовий вивід транзистора через дану індуктивність і опірR1заземлюється по високій частот і посередником конденсатора C2. Елементи автогенератора нанесені на плату з заземленою нижньою обкладкою. Індуктивність відрізка L2 трансформується до еміторного і колекторного виводів транзистора у вигляді еквівалентної індуктивності і негативного опору. Резонансний контур створюється трансформованою індуктивністю та ємністю.

Розглянуті вище прилади мають ряд переваг: можливість виготовлення у вигляді інтегральних мікросхем, що знижує їх масу і габаритні розміри, підвищує економічність та надійність, відсутній вплив на сусідні вузли і елементи, так у них не відбувається локалізація магнітного поля; існує можливість електронного перелаштування параметрів; можливість роботи за граничними частотами; поєднання в одному елементі підсилювальних і реактивних властивостей; технологія їх проста і не потребує додаткових операцій при виготовленні інтегральних схем.

Також аналогами індуктивності в якості активного елементу використовуються операційні підсилювачі (мають високу температурну стабільність але обмежений частотний діапазон). Крім того, існують аналоги індуктивності на основі пристроїв з від’ємним диференціальним опором, які характеризуються простотою та малою кількістю елементів, а деякі з них дозволяють отримати параметри, не завжди досяжні при використанні традиційних методів побудови (еквіваленти p-n-p-n-структури).

Операційних підсилювачі, незважаючи на високу температурну стабільність, не отримали широкого поширення через невеликого (десятки кілогерц) частотного діапазону. В даний час за рахунок розвитку схемотехнічних рішень вдалося розширити смугу пропускання до сотень кілогерц. Пристрій є конвертором (перетворювачем) негативного опору.

3.4 Транзисторні згладжуючи фільтри

В даний час в радіоелектронній апаратурі широко застосовують транзистори і мікросхеми, що відкривають великі можливості для її мініатюризації. Проте комплексна мініатюризація неможлива без суттєвого зниження габаритів і маси вторинних джерел живлення і, зокрема, згладжуючи фільтрів. Зменшити масогабаритні показники згладжують фільтрів можна, використовуючи замість громіздких фільтруючих дроселів і конденсаторів транзисторні фільтри. Переваги транзисторних згладжуючих фільтрів в порівнянні з їх LC-прототипами проявляються особливо при роботі в умовах низької температури навколишнього середовища, коли ємність фільтруючих конденсаторів зменшується, а також при частоті живильної мережі 50 Гц.  Проте, маючи виграш перед LC-фільтрами за вказаними показниками (в 2 … 9 разів), транзисторні згладжуючі фільтри поступаються їм в коефіцієнті корисної дії (ККД). Якщо на дроселі індуктивно-ємнісного фільтра падає напруга 1 … 2 В, то в транзисторних фільтрі на регулюючому транзисторі – до 3…5В. Розглянемо кілька відомих варіантів транзисторних згладжуючих фільтрів.

Рисунок 6 Транзисторний фільтр

На рис. 6 представлена схема найбільш простого транзисторного фільтра. Принцип його роботи полягає в наступному. На колектор транзистора VT1 надходить напругу з великою амплітудою пульсації, а ланцюг бази харчується через інтегруючу ланцюг R1C1, яка згладжує пульсації напруги на базі. Опір резистора R1 вибирають з умови достатності струму бази для забезпечення заданого струму в навантаженні. Чим більше стала часу T = R1C1, тим менше пульсації напруги на базі. Оскільки пристрій являє собою емітерний повторювач, то на виході фільтра пульсації будуть настільки ж малими, як і на базі. Ємність конденсатора С1 може бути в кілька разів менше, ніж у конденсатора в LC-фільтрі, так як базовий струм набагато менше вихідного струму фільтра (колекторного струму транзистора) – Приблизно в h21е разів.

Перевага цього фільтру – у простоті. До недоліків слід віднести, по-перше, суперечливі вимоги до значення опору резистора R1 (для зменшення пульсації на виході фільтра слід збільшувати опір, а для підвищення ККД фільтра-зменшувати), по-друге, сильна залежність параметрів фільтру від температури, часу, значення струму навантаження, статичного коефіцієнта передачі струму бази транзистора. У таких фільтрах зазвичай резистор R1 підбирають дослідним шляхом.

3.5 Комутатори та вмикачі

Комутатори та вмикачі відносяться до класу управляючих приладів СВЧ, які широко застосовуються в автоматиці та радіотехніці для автоматичної підтримки заданого рівня амплітуди і фази в багатоканальних комутаційних приладах, для управління частотою сигналу. В радіозв’язку і радіолокації їх застосовують як широкосмугові модулятори та перемикачі.

В якості управляючих елементів комутаторів і вмикачів використовуються ферити, p- і- n діоди, вар актори і сегнетоелектрики. Недоліком приладів на феритах є велика маса і габаритні розміри. Комутатори на p- і- n діодах мають втрати 0,1…1дБ. Сегентоелектричні комутаційні прилади управляються великою напругою і втрати в них складають близько 1 дБ. Застосування варакторів обмежений їх низькою добротністю. Використання транзисторних індуктивних елементів СВЧ в якості управляючих дозволяє знизити втрати приладу до нуля при збереженні малих габаритів, маси і невеликих управляючих потужностей. Схема вимикача СВЧ представлена на рис. 15.

Рисунок 15 – Схема транзисторного вимикача СВЧ

Вимикач являє собою відрізок тракту СВЧ з транзистором VT, включеного послідовно з резонансною ємністю C1 і опором R1 в розрив центрального провідника лінії. В коло бази транзистора включена RL – коло. Живлення транзистора по постійному струму здійснюється за допомогою опорів R2 ,R4. Ємності C2-C4, слугують для розв’язання кола сигналу СВЧ від постійного струму.

ВИСНОВКИ

В даному рефераті викладена інформація про напівпровідникові аналоги індуктивності та їх важливість у мікроелектроніці.

Таким чином, при створенні напівпровідникових аналогів індуктивності необхідно вирішити ряд завдань, пов'язаних із зменшенням температурного коефіцієнта індуктивності, розширенням смуги пропускання і електронним регулюванням величини індуктивності. Крім того, технологія їх виготовлення повинна поєднуватися з технологією виготовлення інтегральних мікросхем. Такі аналоги індуктивності знаходять застосування в якості керованих реактивностей в різноманітних фільтрах, генераторах, перетворювачах і так далі. Використання як активних елементів операційних підсилювачів дозволяє отримати досить стабільні аналоги індуктивності. Однак операційні підсилювачі мають високий коефіцієнт посилення в обмеженому частотному діапазоні. Тому висока стабільність індуктивності в таких пристроях (досягається за рахунок великого коефіцієнта посилення) характерна для дуже обмеженого частотного діапазону. Розвиток схемотехнічних методів побудови транзисторних еквівалентів p-n, n-p структури з низьким (близьким до нуля, але не нульовим) негативним диференціальним опором (яке досягається за рахунок компенсації позитивного зворотного зв'язку по струму, негативним зворотним зв'язком по напрузі) дозволило істотно розширити частотний діапазон, підвищити температурну стабільність. Використання для побудови аналогів індуктивності низькоомних приладів дозволило ще більше зменшити температурний дрейф. Введення послідовно з резистором R0, що задає положення робочої точки, переходу колектор - емітер транзистора, опір якого змінюється від температури , дозволяє досягти високої температурної стабільності. Слід відмітити, що за рахунок шунтування резисторів, включених в ланцюзі зворотного зв'язку еквівалента p-n-p-n-структури, ланцюгом, що складається з послідовно включеного резистора і переходу колектор -емітер транзистора, опір якого функціонально пов'язано з керуючим струмом або напругою, отримані керовані аналоги індуктивності. Зараз створені інтегральні керовані аналоги індуктивності.