Обработка результатов эксперимента

1. Представим статические вах двух p–I–n-диодов. Построим их по экспериментальным точкам из табл. 1 на одном графике (рис. 4).

Таблица 1. Статические ВАХ p–i–n-диодов

1-й диод	U, В	0	0,7	0,8	0,9	1	1,1	1,2	1,3
	I, мА	0	0	0,05	0,1	0,3	0,8	1,8	3,4
2-й диод	U, В	0	0,7	0,8	0,9	1	1,1	1,2	1,3
	I, мА	0	0	0,05	0,1	0,35	0,9	2,1	3,9

Рис. 4. Статические ВАХ p–i–n-диодов

2. Исследуем зависимости потерь пропускания L_проп и запирания L_зап (дБ) от U_{смещения} для обоих плеч переключателя на фиксированной частоте f = 1200 МГц. Мощность генератора при проведении эксперимента поддерживалась постоянной.

Примеры расчета для первого диода:

Исходные данные и результаты расчетов представим в табл. 2, графики потерь мощности – на рис. 5, 6.

Таблица 2. Зависимости мощности от падения напряжения смещения

	1-й диод				2-й диод
U, В	Pправ	Pлев	Lпроп	Lзап		Pправ	Pлев	Lпроп	Lзап
0	50	50	3,42	3,42		50	50	3,42	3,42
0,6	50	50	3,42	3,42		50	50	3,42	3,42
0,7	52	48	3,25	3,60		46	54	3,09	3,79
0,8	54	46	3,09	3,79		42	58	2,78	4,18
0,9	60	40	2,63	4,39		35	65	2,28	4,97
1	68	32	2,09	5,36		22	78	1,49	6,99
1,1	76	24	1,61	6,61		6	94	0,68	12,63
1,2	81	19	1,33	7,63		4	96	0,59	14,39
1,3	83	17	1,22	8,11		2	98	0,50	17,40
1,4	84	16	1,17	8,37		2	98	0,50	17,40
1,5	84	16	1,17	8,37		2	98	0,50	17,40

Рис. 5. Зависимости потерь пропускания и запирания для 1-го диода

Рис. 6. Зависимости потерь пропускания и запирания для 2-го диода

3. Определим частотные свойства переключателя. Измерения были проведены для 1-го диода. Данные по зависимости мощности от частоты занесем в табл. 3, графики потерь см. на рис. 7. На протяжении опыта U_{смещения} поддерживалось на фиксированном уровне 1,9 В, обеспечивающем наилучшее переключение.

Таблица 2. Зависимости мощности от частоты

f, МГц	Pправ	Pлев	Lпроп	Lзап
1250	88	2	0,51	16,95
1200	81	2	0,52	16,59
1150	74	2	0,53	16,21
1100	82	2	0,52	16,65
1050	74	2	0,53	16,21
1000	50	3	0,67	12,89
950	38	4	0,85	10,63
900	26	9	1,70	6,31
850	32	24	2,84	4,09
800	26	42	4,59	2,51
750	32	72	5,53	2,01

Рис. 7. Зависимости потерь от частоты для 1-го диода

Выводы

В лабораторной работе были проведены исследования переключателя на основе p–i–n-диодов.

Были получены статические ВАХ двух диодов, на которых открытие наблюдалось при напряжении около 1 В, что больше, чем у детекторных диодов.

Мы также исследовали пропускание и запирание мощности СВЧ излучения, заводимой от генератора в СВЧ-тракт с двумя p–i–n-диодами. Сопротивление диода управляется напряжением смещения и влияет на степень отражения входной мощности излучения. В режиме пропускания сопротивление диода много меньше сопротивления линии, в режиме отражения – наоборот. Аналогия: проводник отражает СВЧ излучение, диэлектрик пропускает.

Были построены графики ослабления мощности диодами в зависимости от напряжения смещения, а также от частоты. Чем больше напряжение, тем сильнее открыт диод и реализуется запирание.

В режиме переключателя p–i–n-диод хуже пропускает СВЧ с ростом частоты.

Выводы

В ходе лабораторной работы мы ознакомились с принципами действия переключательных и ограничительных p–i–n-диодов, а также со схемами включения и измерили основных характеристики этих устройств на СВЧ.

Мы построили вольт-амперные характеристики для двух диодов, которые начинают открываться при напряжении 1 В. Это напряжение открытия больше чем у детекторных диодов.

Кроме того, было исследовано пропускание и запирание мощности СВЧ излучения, заводимой от генератора в СВЧ-тракт с двумя p–i–n-диодами. Изменение отражения входной мощности излучения в диоде контролируется напряжением смещения, которое влияет на его сопротивление. Когда диод находится в режиме пропускания, его сопротивление значительно ниже сопротивления линии, в то время как в режиме отражения ситуация меняется наоборот.

На графиках изображены изменения в ослаблении мощности диодов как в зависимости от напряжения смещения, так и от частоты. С увеличением напряжения диод становится более открытым, что приводит к более сильному запиранию.

Таким образом, при увеличении частоты, p-i-n-диод в режиме переключателя становится менее эффективным в пропускании СВЧ сигналов. Переключатель на p-i-n-диоде работает в ограниченном диапазоне частот. В закрытом состоянии нижняя критическая частота определяется релаксационной частотой диэлектрика, верхняя – резонансной частотой емкости закрытого диода и индуктивности выводов. В открытом режиме рабочая частота должна превышать критическую, после которой носители заряда несмотря на свою инерционность успевают реагировать на изменение СВЧ-поля. Также диод ограничен частотой, при которой время переключения диода перестает превышать период волны. Отсюда можно сказать, что переключатель работает лучше всего при приближении к оптимальной частоте.

Выводы

В этой лабораторной работе был исследован переключатель на основе p–i–n-диодов.

Нами были получены статические ВАХ первого и второго диодов. Зависимость повторяет типичную для диодов прямую ветвь ВАХ. Оба диода обладают практически совпадающей ВАХ, открываться они начинают со значения 0,8 В.

Также нами были исследованы зависимости пропускания и запирания мощности СВЧ от напряжения смещения при фиксированной частоте. С увеличением напряжения смещения, то есть при открытии диода, пропускание падает, а запирание – наоборот растет. Такая зависимость наблюдается для обоих диодов. Получается, что с увеличением проводимости диода степень отражения излучения увеличивается.

Были исследованы и частотные свойства при фиксированном напряжении смещения. С увеличением частоты пропускание падает, а запирание растет.

Вывод

В данной лабораторной работе были получены статистические ВАХ, располагающие более высоким резистивным характером, по сравнению с детекторным диодом.

Были рассчитаны зависимости графиков снижения мощности диодов от частоты и напряжения смещения, с чьим увеличением диод открывался ещё больше и реализовалось запирание.

При увеличении же частоты и режиме p-i-n переход, было определено, что диод хуже пропускает СВЧ.