me_5_10_1_______7_2
.docx7,2 балл
Малиновский Андрей Васильевич гр. 2205 Ngrup+Nstudent=5+10=15
Задание №1
Рассчитайте энергию кванта микроволнового излучения с частотой 15 ГГц. Какой температуре соответствует эта энергия? Сравните эту энергию с энергией связи молекулы воды. До какой температуры нужно нагреть эту молекулу, чтобы ее ионизовать?
|
Дано:
Решение:
Энергия кванта микроволнового излучения меньше, чем энергия ионизации молекулы воды на несколько порядков. 4.
|
1 балл
Задание №2
Какая плотность мощности микроволнового излучения считается допустимой в быту и на производстве по стандартам РФ? По международным стандартам?
|
По стандартам РФ плотность мощности микроволнового излучения считается допустимой в быту 10мкВт/см2 и на производстве 25мкВт/см2 на расстоянии 50 см. По международным стандартам плотность мощности микроволнового излучения считается допустимой в быту 5-30мкВт/см2 на расстоянии 5 см (МЭК).
|
0,2 балл Где вторая часть задачи?
Задание №3
Информацию о галактическом окружении человечество получает из космоса со спутников, используя микроволновые каналы связи. Выберите один из снимков, полученных с рентгеновского телескопаHubble (http://hubblesite.org/gallery/album/entire), который Вам более всего нравится
|
Понравившийся мне снимок с рентгеновского телескопа Hubble.
|
1 балл
Задание №4
Область взаимодействия составляет L=0.1*15 мм. Рассчитайте угол пролета и коэффициент взаимодействия для этой области для вакуумного прибора с ускоряющим напряжением 10 кВ на частоте 10 ГГц. Как нужно изменить длину L, чтобы этот угол пролета реализовать в полупроводниковом приборе?
|
Дано: L=1.5*10-3м; U=10кВ; f=10ГГц. Для вакуумного прибора:
Угол
пролета
Коэффициента
взаимодействия
Для полупроводникового прибора: При
напряженности поля большей 10 кВ/см
скорость дрейфа носителей достигает
скорости насыщения и обозначают
Длина
области взаимодействия в полупроводниковом
приборе при таком же угле пролета как
и в вакуумном приборе
|
.
.
Значение этой скорости при температуре
образца 300К практически одинаково для
всех полупроводников и составляет
105м/c.
1 балл
Задание №5
Параметры вакуумного прибора: ток 100мА, ускоряющее напряжение 15 кВ. диаметр потока 5 мм.
Полупроводникового: уровень легирования 10*1016см -3 , напряжение 25В, толщина токового канала 1мкм.
Рабочая частота приборов – 5 ГГц. Рабочая температура 400К.
Объёмная плотность заряда
для
вакуумного прибора характерно ускоряющее
напряжение 15000В, ток 100мА, диаметр
электронного потока 5мм
|
Вакуумный прибор n=5,976*10^14(м^-3)
|
Полупроводниковый прибор
n
|
6*10^16
(см^(-3))
Для п/п прибора характерная объемная плотность заряда n, на несколько порядков больше, чем в вакуумном.
Максимальная скорость движения заряженных частиц
|
Вакуумный
прибор
|
Max
скорость это скорость насыщения, т.е.
vнас=
|
Max
скорость это скорость света
м/с
м/с
т.е. max скорость движения заряженных частиц в вакуумном приборе больше чем в полупроводниковом
Длина
области взаимодействия для угла пролета
-радиан
,тогда
|
Вакуумный прибор Взяв максимальную скорость движения заряженной частицы получим:
|
П/П прибор Взяв максимальную скорость движения заряженной частицы
|
=π*3*10^8/(2*π*5*10^9)=3см
=π*10^5/(2*π*5*10^9)=10^-5(м)Расчет микропервианса, и «плазменной» частоты для вакуумного прибора.
Расчет параметров для полупроводникового прибора: рабочая «ширина» прибора,
обеспечивающая мощность, эквивалентную вакуумному прибору, длина Дебая, плазменная
частота
Расчет плазменной частоты:
Расчет длины Дебая:
1 балл
Задание №6
Можно ли в полупроводниковых приборах обеспечить скоростную модуляцию заряженных частиц, используя начальную часть поле-скоростной характеристики? На каком расстоянии будет обеспечиваться модуляция плотности зарядов? С какой средней скоростью будет двигаться электрон в приборе, с характерным размером области взаимодействия 0.1мкм и приложенным напряжением 10В? Материал – арсенид галлия.
|
(Сплошная линия соответствует арсениду галлия) На начальном участке в области «низких» полей скорость пропорциональна напряженности электрического поля. Значит можно управлять скоростью, изменяя напряженность поля.При напряжении 10 В и области взаимодействия 1 мкм напряженность поля достигнет значения 1МВ/см > 10 кВ/см следовательно скорость будет постоянна и равна 105м/с.
|
0 балл
Задание №7Определите коэффициент шума усилительного прибора в дБ, если его эффективная шумовая температура 110 К. Рассчитайте эффективную шумовую температуру двух таких приборов, включенных каскадно, если коэффициент усиления каждого13 дБ.
|
Дано:
Найти:
Решение:
Коэффициент шума каскадно включенных активных устройств определяется по формуле
Фриза:
Здесь:
Ответ:
|
.
.
1 балл
Задание №8
Определите амплитуду «самосогласованного» напряжения на сеточном зазоре резонатора с бесконечной добротностью, если амплитуда первой гармоники конвекционного тока на входе в резонатор равна 10 мА, угол пролета 90О, ускоряющее напряжение 5 кВ, ток луча 1А.
|
Так как резонатор имеет бесконечную добротность то его КПД = 1 , а I0=Iлуча Дано: Im1=6мА, I0=1А, η=1, θ=1,571. Найдем
коэффициент взаимодействия
Выразим напряжение на сеточном резонаторе
|
0 балл
Задание №9
Объясните, где «работает» формула Найквиста, а где Ван-дер-Зила. В чем разница введения понятий «эффективная» шумовая температура и «эффективное» шумовое сопротивление?
|
Формула
Найквиста.
Формула Найквиста для теплового шума в случае термодинамического равновесия. В реальных приборах условия равновесия нарушаются по причине наличия встроенных или приложенных «греющих» электрических полей, которые изменяют энергию электрических зарядов, и следовательно величину шумовых флюктуаций. Формула Ван дер Зила
Эта
формула определяет средний квадрат
шумового тока
Формула Ван дер Зила сложнее формулы Найквиста, но она имеет более широкий диапазон применения, и детальнее отражает физику возникновения шумов. Естественно, что в случае термодинамического равновесия эта формула должна трансформироваться в формулу Найквиста.
Вводя
понятие эффективной шумовой температуры
Выражение
|
,
возникающего за счет диффузии
заряженных частиц общим числом
,
в элементе резистора
с температурой носителей
в полосе частот
.
В данном выражении
-
поперечное сечение рассматриваемого
элемента.
или эффективной шумовой проводимости
,
получим обычную запись формулы
Найквиста для отсутствия термодинамического
равновесия:
называют шумовым отношением, показывающим
насколько прибор шумит сильнее, чем
это предсказывает формула Найквиста.1 балл
Задание №10
Прокомментируйте
формулу для мощности взаимодействия
электромагнитного поля и потока
заряженных частиц. В чем заключается
сложность нахождения данного интеграла
|
Мощность взаимодействия:
Так как первый множитель под интегралом зависит от второго, второй множитель зависит от переменных, от которых зависит и первый множитель, приходится решать самосогласованную задачу.
В среднем за период эта мощность представляется выражением
Для одномерного случая:
Это выражение закона Джоуля-Ленца для переменного во времени тока.
|
1 балл