zhovnir

Эксплуатация диодов происходит в резонансных камерах представляющие собой в виде микросхем на диэлектрических подложках с резонирующими емкостными и индуктивными элементами, либо в виде комбинации резонаторов с микросхемами.

Вольт-амперная характеристика диода Ганна

23. Біполярні НВЧ-транзистори, їх еквівалентні схеми та параметри, застосування в НВЧ-

пристроях та системах.

Біполярний транзистор - ценапівпровідниковийприлад, щоскладається з трьох областей з чергуються типами електропровідності і придатний для посиленняпотужності. Випускаються в даний час біполярнітранзисториможнакласифікувати за такими ознаками:

-заматеріалом:германієвіікремнієві;

-за видом провідності областей: типу р-n-р і n-p-n;

-за потужністю: малої (Рмах £ 0,3 Вт), середньої (Рмах £ 1,5 Вт) і великоїпотужності

(Рмах>1,5Вт);

-за частотою: низькочастотні, середньочастотні, високочастотні і НВЧ.

У біполярнихтранзисторах струм визначаєтьсярухомносіїв заряду двохтипів: електронів і дірок (абоосновними і неосновними). Звідсиїхназва - біполярні.

В даний час виготовляються і застосовуютьсявиключнотранзистори з площинними р-n- переходами.

Цітранзистори є видозміненимизвичайними транзисторами. Розглянемо характеристики та фізикуроботизвичайного транзистора.

k p

3

f

емітером та колектором, для полярних – між витоком і стоком. ― 2 ‖ виникає у формулах тому,

Напругу збільшити ми не можемо, щоб не пробити. Параметри, які можна змінити для зменшення :

1.Зменшуємо розмір бази, зменшити область між витоком і стоком. Серійно випускають транзистори з l 0,5 f 40ГГц .

2.Використовують матеріали з високою рухливістю, щоб збільшити швидкість. Використовують

GaAs - транзистори. Іноді використовують транзистори з гетеропереходами, де теж досягається дуже висока рухливість (НЕМТ – транзистори).

Розглянемо конкретні схеми:

Польовий транзистор. Чим більше ―-― на затворі, тим менша провідність транзистора завдяки

GaAs

0,5

2

Важливо, щоб транзистор бувгеометрично включений прямо в лінію. В мікроелектроніцінемаєможливостістворититранзистори, щобудуть ―стирчати‖ зовні.

земля

С

перемички

В

З

земля

Існує й інший, більшвисокочастотнийваріантпідключення:

В

земля

Польові транзистори на гетеропереходах. Оскільки різниця між рівнями не змінюється, бо це атомні рівні, то маємо розриви на переході: електрони накопичуються в ямі А.

А

Оскільки справа є домішки, а зліва, де накопичилисьелектрони, домішок, на якихможеосістиелектрон, немає, то електронибільшвільнорухаються, тобтоїхрухливістьзростає.

рGaAs

Кишеня, де накопичуються

Структура:

Біполярні транзистори. На НВЧ ці транзистори гірше. База – дуже мала за розмірами. Це необхідно для збільшення частоти, але при цьому виникають зворотні струми.

p

p

Звідси випливає, що для підвищення fmax потрібно оптимізувати відношенняопорів і, головне, збільшувати граничну частоту frp, тобто зменшувати час прольоту електронів в каналі tпp

З цих міркувань для виготовлення НВЧ-ПТШ арсенід галію є кращим перед кремнієм, оскільки рухливість електронів в GaAs приблизно в 5 разів вище, ніж в Si.

Для даного матеріалу час прольоту електронів визначається довжиною каналу lk. Тому зусилля розробників направлені на створення ПТШ з затворами субмікронних розмірів (l<1 мкм). До теперішнього часу створені ПТШ з довжиною затвора l = 0,25 мкм, що працюють на частоті f 60 ГГц.

Потужні польові транзистори. Для потужних ПТШ основними параметрами є вихідна потужність Рвих і ККД. При виготовленні потужного ПТШ намагаються отримати затвор з високою напругою пробою, низькоомні контакти витоку і стоку, а також збільшити (наскільки це можливо без погіршення частотних властивостей приладу) периметр витоку. Висока напруга пробою досягається за рахунок помірного легування області каналу і поглиблення затвора в активну область. Низькоомні контакти витоку і стоку виходять шляхом вплавлення плівок золото - германій або створенням низькоомних епітаксійних областей п+. Збільшення периметра витоку зазвичай досягається за рахунок використання багатоелементної структури з декількома контактними майданчиками затвора, так як звичайне збільшення довжини витоку і затвора погіршує параметри ПТШ. Для збільшення вихідної потужності ПТШ на одному кристалі з'єднують паралельно кілька елементарних осередків (4 ... 8), кожна з яких містить кілька затворних смужок. Важливою проблемою при проектуванні потужних ПТШ з GaAs є проблема відведення теплоти, так як теплопровідність GaAs в 3 рази гірше, ніж Si. Для вирішення цієї проблеми запропоновано ряд конструкцій.

1.Схема включення польового транзистора з керуючим pn переходом із загальним витоком

2.Схема включення польового транзистора з керуючим pn переходом із загальним стоком

3.Схема включення польового транзистора з керуючим pn переходом із загальним затвором

Області застосування польових транзисторів

Значна частина вироблених зараз польових транзисторів входить до складу КМОН-структур (комплементарна структура метал-оксид-напівпровідник; CMOS, complementarymetal-oxide- semiconductor), які будуються з польових транзисторів з каналами різного (p-і n-) типу провідності і широко використовуються в цифрових і аналогових інтегральних схемах.

За рахунок того, що польові транзистори управляються полем (величиною напруги прикладеного до затвора), а не струмом, що протікає через базу (як у біполярних транзисторах), польові транзистори споживають значно менше енергії, що особливо актуально в схемах чекають і стежать пристроїв, а також в схемах малого споживання і енергозбереження (реалізація сплячих режимів).

Видатні приклади пристроїв, побудованих на польових транзисторах, - наручні кварцові годинники і пульт дистанційного керування для телевізора. За рахунок застосування КМОНструктур ці пристрої можуть працювати до декількох років, тому що практично не споживають енергії.

Стрімко розвиваються галузі застосування потужних польових транзисторів. Їх застосування в радіопередавальних пристроях дозволяє отримати підвищену чистоту спектра випромінюваних радіосигналів, зменшити рівень перешкод і підвищити надійність радіопередавачів. У силовій електроніці потужні польові транзистори успішно замінюють і витісняють потужні біполярні транзистори. У перетворювачах частоти вони дозволяють на 1-2 порядки підвищити частоту перетворення і різко зменшити габарити і масу енергетичних перетворювачів. У пристроях великої потужності використовуються біполярні транзистори з польовим управлінням (IGBT) успішно витісняють тиристори в пристроях плавного пуску. У підсилювачах потужності звукових частот вищого класу HiFi і HiEnd потужні польові транзистори успішно замінюють потужні електронні лампи, оскільки володіють малими нелінійними і динамічними спотвореннями.

25. Функціональні схеми, принципи роботи комутаторів, атенюаторів та фазообертачів на базі p-i-n-діодів

Функціональна схема та принцип роботи комутатора

Функціональнасхема одногоканалутиповогопристрої для формуваннянапругперемиканняpin-діодів (комутатор) наведена нарис.1.

Рис.1. Функціональнасхемакомутатора

Комутатор складається з пристрою управління і контролю, формувача напруг, індикатора несправностей.

Пристрій керування та контролю являє собою цифрову логічну схему, що дозволяє управляти роботою комутатора за допомогою програмованого процесора, який пов'язаний з антенним пристроєм послідовним каналом зв'язку.

Пристрій управління та контролю, зібране на одному транзисторі і двох мікросхемах, ефективно вирішує такі завдання, як контроль за справністю комутатора, визначення короткого замикання або обриву pin-діода, запобігає виходу з ладу транзисторів комутатора при короткому замиканні навантаження.

Формувач напруг, що входить до складу комутатора, що працює в каналі сигналу високого рівня потужності (на передачу), зібраний на двох транзисторах 2Т505А, мають малий час розсмоктування, за рахунок чого час перемикання комутатора великої потужності становить менше 10мкс. Час перемикання комутатора малої потужності (на прийом) менш 1мкс.

Для перемикання випромінювачів на високому рівні потужності розроблений комутатор, що формує напруги керування pin-діодами 2А528А-4: мінус 190 В і +5 В. Для перемикання випромінювачів на низькому рівні потужності використовується комутатор, що формує напруги керування pin-діодами 2А541А: мінус 10 В і +5 В.

Отримані результати дозволили реалізувати двухлучевую ФАР РЛС 1РС1-0 з керуванням положення променя від імпульсу до імпульсу, на високому рівні потужності на передачу, а на низькому рівні - на прийом.

http://conf-ulstu.ru/p6_36.php

Функціональна схема та принцип роботи атенюатора

Атенюа тор— спеціальний пасивний пристрій, що зменшує напругу, струм або потужність електричних або електромагнітних коливань. Існують А. з фіксованим ослабленням у робочому діапазоні частот, східчастою або плавною зміною ослаблення в заданих межах. За принципом дії А. поділяються на поглинальні та граничні. Для роботи в діапазоні частот від сотень кГц до декількох МГц як А. використовують подільники напруги. До числа основних характеристик А. належать: величина внесеного ослаблення, межі регулювання ослаблення, допустима потужність розсіяння та діапазон робочих частот.

Основнимисхемами, використовуванимиваттенюатором, єаттенюаториП-типуі T-типу. Вони можутьзнадобитися, щоб збалансуватиаборозбалансуватимережізалежновід геометріїлінії, з якою вонибудуть використовуватися, збалансованої абонезбалансованої. Наприклад, аттенюатори, використовуваніз коаксіальнимилініями, повинні бути внезбалансованоїформі, втой час якаттенюаторидляроботиз крученийпароюповинні бути взбалансованій формі.

Чотирифундаментальнихсхемиаттенюаторовнаведеніна малюнку справа. Такяксхемаатенюатораскладається виключно зпасивних елементівопору, воналінійна івзаємна.Якщосхематакожсиметрична(такзазвичай буває, тояк правило, потрібно, щобвхідніта вихідніопоруZ1 іZ2були рівні), товхідні і вихідніпорти невідрізняються, алеза угодоюлівуі праву сторонисхеминазиваютьвходомі виходом, відповідно.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%82%D1%82%D0%B5%D0%BD%D1%8E%D0% B0%D1%82%D0%BE%D1%80

а

б

в

г

Рис.25.1 Схеми атенюаторів: а – Розбалансована П-подібна, б –ЗбалансованаП-подібна, в – Розбалансована Т-подібна, г – Збалансована Т-подібна

Функціональна схема та принцип роботи фазообертача

PIN-діод складається з р-n-переходу з мінімально легованої внутрішньої зоною між областями р-і n-типу. Введення додаткової внутрішньої зони дозволяє змінювати характеристики діода, наприклад, при прямому зсуві можна регулювати провідність пристрої, а при зворотному зсуві - його ємність. PIN-діоди широко застосовуються в СВЧ схемах для модуляції амплітуди, ослаблення сигналів і в складі ВЧ ключів, фазообертачів і обмежувачів.

У фазообертачами PIN-діоди виконують роль електронних ключів, для чого використовується перемикання керуючого струму з області прямого зміщення в область зворотного зсуву. На рис. 2 показана схема і типова ВАХ PIN діода. Внутрішня I-зона впливає на перемикання характеристики діода таким чином: при прямому зміщенні вона зменшує імпеданс діода, а при зворотному зсуві - значно збільшує його. У фазообертачах, що використовують PIN діоди, зсув фаз формується за рахунок переключення сигналу між лініями

різної довжини I0 і I0 + l, як показано на рис. 25.2. Величина фазового зсуву відповідає затримці, викликаної збільшенням довжини шляху βl, де β - постійна поширення сигналу в середовищі.

Рис.25.2 а – ВАХ PIN діода, б – схема у увімкненому та вимкнутому станах

26. Принципи побудови та застосування НВЧ-систем побутового та медичного призначення. Захист персоналу при експлуатації НВЧ-систем.

Вбытовых микроволновых печах используются микроволны, частота f которых составляет 2450 МГц. Такая частота установлена для микроволновых печей специальными международными соглашениями, чтобы не создавать помех работе радаров и иных устройств, использующих микроволны.

Зная, что электромагнитные волны распространяются со скоростью света с, равной 300 000 км/с, нетрудно подсчитать, чему равна длина волны L микроволнового излучения данной частоты:

L = c/f = 12,25 см.

Всостав продуктов питания входят многие вещества: минеральные соли, жиры, сахар, вода. Чтобы нагреть пищу с помощью микроволн, необходимо присутствие в ней дипольных молекул, то есть таких, на одном конце которых имеется положительный электрический заряд,

ана другом - отрицательный. К счастью, подобных молекул в пище предостаточно - это молекулы и жиров и сахаров, но главное, что диполем является молекула воды - самого распространенного в природе вещества.

Вотсутствие электрического поля молекулы расположены хаотически (рис. 15,а).

Вэлектрическом поле они выстраиваются строго по направлению силовых линий поля, "плюсом" в одну сторону, "минусом" в другую. Стоит полю поменять направление на противоположное, как молекулы тут же переворачиваются на 180о (рис. 15,б).