Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1. название и цель лабораторной работы;

2. эквивалентную схему модели транзистора;

3. расчет согласующей цепи;

4. схему настроенного усилителя мощности со всеми номиналами;

5. полученные в результате моделирования графики (схематично), с указанием всех характерных точек и масштаба.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные составляющие части УМ и раскройте их назначение.

2. Перечислите основные параметры усилителей мощности и дайте их определения.

3. Переведите в разы 5 дБ, 15 дБ, 25дБ. Переведите мощность в дБм: 10 мВт, 25 мВт, 30 мВт.

4. Каковы функции цепей согласования и их назначение? Перечислите их виды и особенности каждого вида.

5. Для чего нужны цепи питания и смещения? Из каких элементов они состоят? Для чего нужен каждый из этих элементов?

6. В чем различие между ключевыми режимами и режимом с отсечкой выходного тока?

7. Перечислите классы режима работы транзистора с отсечкой выходного тока. Проведите сравнительную характеристику этих классов.

8. Перечислите составляющие модели Ангелова. Каково их назначение?

9. В чем суть метода гармонического баланса?

10. Оцените, в каком классе работает транзистор УМ, моделируемого в данной лабораторной работе.

Литература

1. В.Д. Разевиг, Ю.В. Потапов, А.А. Курушин. Проектирование СВЧ устройств с помощью Microwave Office. Под ред. В. Д. Разевига. - М.: СОЛОН-Пресс, 2003.

2. Петров Б.Е., Романюк В.А. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Уч. пос. - М.: Высшая школа, 1989.

Лабораторная работа № 4

Исследование петлевого фазовращателя

Цель работы: освоить особенности моделирования фазовращателей в программе Microwave Office; изучить характеристики и освоить процедуру настройки петлевого фазовращателя.

Продолжительность работы - 4 ч.

Теоретические сведения

Устройства на основе управляющих pin-диодов используются в трактах приемопередающих устройств и предназначены для управления амплитудой и фазой СВЧ-сигнала.

Структура, принцип работы и эквивалентная схема pin-диода

Структура типичного pin-диода (рис.1) характеризуется тем, что между двумя сильно легированными областями очень низкого сопротивления p⁺ и n⁺ находится активная i-область, которая называется обедненной или базовой областью диода.

Рис.1. Структура pin-диода и распределение в ней примесей

Базовая область диода имеет высокое удельное сопротивление (обычно , а в ряде приборов ) и относительно большое время жизни носителей заряда (электронов и дырок) .

В управляющих устройствах pin-диоды используются в двух рабочих состояниях: одно соответствует прямому смещению, другое - обратному.

При прямом смещении происходит инжекция неосновных носителей из p⁺- и n⁺-областей в i-область, превращающая pin-диод в активное сопротивление, измеряемое единицами или долями Ом. При нулевом или обратном смещении i-область становится запирающим слоем с очень малой емкостью (единицы или доли пикофарад).

Эквивалентные схемы диода, соответствующие этим состояниям приведены на рис.2.

a

б

Рис.2. Эквивалентная схема диода: а - в открытом состоянии; б - в закрытом состоянии

Особенности pin-структуры, характерные для работы этих диодов, заключаются в следующем.

При прямом смещении на достаточно высоких частотах f ( ) диффузионная емкость p⁺i- и n⁺i-переходов диода полностью их шунтирует, таким образом эквивалентная схема сводится к рис.2,а, где r_пр - сопротивление базы, определяемое прямым током. Обычно значения r_пр в рабочем режиме близки по величине к 1 Ом.

При обратном смещении эквивалентная схема pin-диода представляется в виде рис.2,б, где r_обр - сопротивление i-области. Обычно сопротивление r_обр= 0,1 ÷ 10 кОм.

Таким образом, при работе в диапазоне СВЧ pin-диод (без учета паразитных параметров корпуса) представляет собой нелинейный резистор, сопротивление которого при прямом смещении значительно меньше, чем при обратном, при этом величина сопротивления r_пр зависит от прямого тока.

На рис.3 приведена эквивалентная схема pin-диода, учитывающая состояние диода как при прямом, так и при обратном смещении. В этой схеме сопротивление r_s обусловлено потерями в полупроводнике и выводах диода.

Рис.3. Эквивалентная схема диода с учетом корпуса

Типичные параметры корпуса диода: индуктивность выводов и емкость корпуса диода составляют , соответственно.