- •1. Особенности микроволнового диапазона электромагнитных колебаний. Применение микроволновых приборов:
- •3. Основные уравнения микроволновой электроники – уравнения электродинамики и уравнения движения заряженных частиц в вакууме и твердом теле.
- •В вакууме:
- •В твердом теле:
- •5. Наведённый ток. Теорема Шокли-Рамо. Упрощённое выражение для мощности взаимодействия. Удельная мощность потока с переменным полем.
- •6. Наведённый ток. Время и угол пролёта носителей заряда в пространстве взаимодействия, коэффициент взаимодействия, электронная нагрузка.
- •7. Анализ особенностей движения носителей заряда в вакууме и твердом теле. Сравнение типовых значений скорости носителей и плотности зарядов. Направления совершенствования приборов.
- •9. Понятия о колебательных и волновых явлениях в потоках заряженных частиц (пзч). Плазменные колебания в твердом теле.
- •10. Приборы с квазистатическим управлением. Причины ограничения частотного диапазона приборов данного класса. Характерные конструкции.
- •11. Приборы с динамическим управлением о-типа с кратковременным взаимодействием: клистроны. Скоростная модуляция в высокочастотном зазоре. Коэффициент взаимодействия, электронная нагрузка.
- •Клистроны
- •Принцип действия и схема клистрона:
- •Скоростная модуляция в высокочастотном зазоре.
- •Коэффициент взаимодействия, электронная нагрузка.
- •12. Приборы с динамическим управлением о-типа: лампы бегущей и обратной волны. Скоростная модуляция в замедляющей системе, сопротивление связи.
- •13. Скоростная модуляция в высокочастотном зазоре резонатора и замедляющей системе. Коэффициент взаимодействия, сопротивление связи.
- •Конструкции и параметры приборов.
- •15. Приборы со скрещенными полями (м-типа): - магнетроны, амплитроны и митроны. Принцип действия, коэффициент полезного действия. Основные конструктивные разновидности. Сравнение с приборами о-типа
- •Работа магнетрона в статическом режиме, т.Е. При отсутствии вч поля. (Принцип действия)
- •Амплитрон (платинотрон)
- •16. Гирорезонансные приборы. Гиротрон – источник мощного излучения в мм диапазоне. Принцип действия. Типовые конструкции. Параметры.
- •17. Релятивистские приборы. Лазеры на свободных электронах: принцип действия характеристики.
- •18. Классификация диодов с положительным динамическим сопротивлением. Функциональная роль (на примере типового приемо-передатчика). Омические и барьерные контакты в структурах диодов.
- •20. Диоды с положительным динамическим сопротивлением: смесительные диоды: конструкция, вах, вч параметры, эквивалентная схема. Особенности схемотехнического применения. Принцип действия смесителя.
- •24. Динамическое сопротивление полупроводникового образца. Слоистые структуры. Способы получения отрицательного динамического сопротивления.
- •27. Способы повышения предельной частоты и мощности транзистора. Сравнение материалов для изготовления транзисторов: кремний, арсенид галлия, карбид кремния, нитрид галлия, фосфид индия, алмаз.
- •28. Схемотехнические аспекты применения транзисторов в микроволновом диапазоне. Малошумящий усилитель.
- •29. Природа шумов в птш. Шумовая схема полевого транзистора. Анализ экспериментальных шумовых характеристик и их интерпретация.
- •30. Моделирование транзисторов: локально-полевая модель Шокли, модель двух областей, температурные модели.
- •32. Способы повышения предельной частоты и мощности микроволнового биполярного транзистора. Выбор материалов для изготовления транзисторов.
- •33. Схемотехнические аспекты применения биполярных транзисторов в микроволновом диапазоне. Усилитель мощности.
- •34. Источники шумов в элементах микроволновых цепей. Спектральные и корреляционные характеристики. Математическое описание мощности шума: формула Найквиста, формула Ван-дер-Зила.
- •35. Описание шумов двух и четырехполюсника. Эквивалентное шумовое представление диодов, транзисторов и пассивных элементов. Расчет коэффициента шума каскадного соединения.
- •36. Способы снижения коэффициента шума приборов. Сравнительная характеристика приборов по шумовым параметрам.
32. Способы повышения предельной частоты и мощности микроволнового биполярного транзистора. Выбор материалов для изготовления транзисторов.
Предельная частота зависит от ширины базы, докажу это из формул:
Основной задержкой является время диффузии в базе
Получим:
Следовательно, уменьшая ширину базы, емкость и сопротивление коллектора, базы, эмиттера, мы увеличиваем предельную частоту. Но это ещё не всё, при уменьшении ширины базы, уменьшается угол пролёта , а значит, увеличивается коэффициент взаимодействия , вместе с которым растет выходная мощность микроволнового биполярного транзистора.
Выбор материалов для изготовления транзисторов.
Так как для увеличения свойств транзисторов, их делают все меньше и меньше, то появилась такая проблема, как подвод напряжения к этому прибору. И если мы используем материал с низкополевой подвижностью, то паразитные сопротивления будут большие, и все напряжение будет падать на них, а не на активной области. Поэтому необходимо использовать материалы с высокой подвижностью, такие как GaAs, InP. Но нужно учитывать, что получение GaAs p-типа затруднено, из-за отсутствия стабильного соединения, что сильно повлияло на использование биполярных транзисторов в СВЧ. Помимо высокой подвижности в материале еще ценится большая величина ширины запрещённой зоны (ЗЗ), которая позволяет выдерживать большие напряжения, а значит получать большую выходную мощность (Рис.6) и выдерживать большую температуру, к таким материалам относятся GaN, C, SiC. В настоящее время наиболее широко в транзисторах используются материалы с широкой ЗЗ.
Рисунок 25. Параметры материалов.
Рисунок 26.Сравнение типовых режимов работы.
33. Схемотехнические аспекты применения биполярных транзисторов в микроволновом диапазоне. Усилитель мощности.
P.S. Про этот вопрос нет ничего в учебниках и его статьях и в лекции он на прямую про это не говорил, единственно за что я зацепился, дак это, то что он сказал в последней вербальной лекции, что если надо сделать малошумящий генератор, который должен работать, как гетеродин, то лучше его сделать на БТ. Поэтому расписал это задания, как я его понял.
Схемотехнические аспекты применения биполярных транзисторов в микроволновом диапазоне.
В связи с совершенством технологии биполярных транзисторов (БТ) на Si, следовательно, низкими шумами НЧ , БТ лучше всего применяется в схемах малошумящего генератора или гетеродинах, если позволяет частотный диапазон
Рисунок 27.Схема Колпитца, схема гетеродина на БТ
В качестве примера, я привел схему Колпитца, где развязку выходной и входной цепи обычно выполняют при помощи усилителя на биполярном транзисторе. Это позволяет снизить энергию, забирающую с гетеродина, и уменьшит вносимые потери в частотозадающем контуре и, в конечном итоге, повысить стабильность частоты гетеродина.
Интернет ресурс: https://digteh.ru/WLL/osc.php
Усилитель мощности.
Усилителем мощности, можно, назвать тот прибор у которого на выходе создаётся сигнал, мощность которого сравнима с мощностью, потребляемой от источника питания.
Рисунок 28.Структурная схема усилителя мощности.
В состав микроволнового усилителя мощности (УМ) входят: 1) активный элемент АЭ. 2) входная и выходная согласующие цепи СЦ. 3) цепи питания и смещения. Активный элемент преобразует мощность источника постоянного тока в мощность высокочастотных колебаний. Обычно таким элементом выступает диод Ганна, биполярный или полевой транзистор. Но наиболее широко применяются полевые транзисторы на GaAs и биполярные на Si.
Для оценки качества усилителя мощности микроволнового диапазона применяют следующие параметры:
Полоса рабочих частот, задаваемая верхней и нижней граничными частотами. АЧХ
Рисунок 29. Амплитудная характеристика УМ.
Для увеличения КПД и скорости передачи сигнала, работа УМ должна вестись в конце линейного участка амплитудной характеристики. Вдобавок для обеспечения малых искажений сигнала, мощность со входа не должна превышать значения при котором произойдет отклонения амплитудной характеристики более чем 1дБ от идеальной-линейной.
Информацию брал из его методы: https://docviewer.yandex.ru/view/1191542435/?page=11&*=s4rSH9Wi7lEfcU3tp%2F8HBQDNqTp7InVybCI6InlhLWRpc2stcHVibGljOi8vY216QUlNc3FtSjZsZUEyZytoTnhWaFZSS1FyQlFKcDE1WkVvRTVZaDdteVgxUnpiMVlFZWhtWEU4bS9TcUNBVnEvSjZicG1SeU9Kb25UM1ZvWG5EYWc9PTov0KHQsNC80L7RgdGC0L7Rj9GC0LXQu9GM0L3QsNGPINGA0LDQsdC%2B0YLQsC%2FQo9GH0LXQsdC90LjQutC4INC4INC%2F0L7RgdC%2B0LHQuNGPL9Cj0YfQtdCx0L3QuNC60Lgg0Lgg0LzQvtC90L7Qs9GA0LDRhNC40Lgg0JzQrS%2FQntGB0L3QvtCy0L3QsNGPINC70LjRgtC10YDQsNGC0YPRgNCwL9Cj0YHQuNC70LjRgtC10LvRjCDQvNC%2B0YnQvdC%2B0YHRgtC4IF%2FQvNC10YLQvtC00LjRh9C60LBfTGFzdC5kb2MiLCJ0aXRsZSI6ItCj0YHQuNC70LjRgtC10LvRjCDQvNC%2B0YnQvdC%2B0YHRgtC4IF%2FQvNC10YLQvtC00LjRh9C60LBfTGFzdC5kb2MiLCJub2lmcmFtZSI6ZmFsc2UsInVpZCI6IjExOTE1NDI0MzUiLCJ0cyI6MTYyMzY5MTc1NjAwMywieXUiOiI2NDQyMDE2OTkxNjE1MzcxNzQzIn0%3D