- •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.
36. Способы снижения коэффициента шума приборов. Сравнительная характеристика приборов по шумовым параметрам.
Рис. 1. Зависимость коэффициента шума от режима работы транзистора
Согласно рисунку 1, коэффициент шума имеет характерную особенность в виде минимума при токе , где Id0 – ток при нулевом напряжении на затворе. Таким образом, задав такие параметры тока, можно получить низкий коэффициент шумов.
Также, если устранить влияние буферного слоя, в котором дрейфуют разогретые электроны, приводящие к уменьшению усиления и увеличению коэффициента шума, например, с помощью создания симметричного транзистора (рис. 2), у которого нет ухода тока в буферный слой.
Рис. 2. Симметричная конструкция ПТШ
У классических ПТШ на данный момент коэффициент шума достигает NF = 1.5…2 дБ в диапазоне 10…12 ГГц.
В НЕМТ-транзисторах снижение шума обусловлено малыми контактными сопротивлениями в области истока Rs и стока Rd. Это достигается благодаря высокому уровню легирования и пространственному разделению свободных носителей заряда и соответствующих донорных примесей. На рис. 3 представлена зонная диаграмма контакта двух полупроводников с разной шириной запрещенной зоны (широкозонный материал легирован сильнее, чем узкозонный).
Рис. 3
За счет явления диффузии часть свободных носителей перейдет из области сильного легирования в область слабого легирования. При таком переходе образуется потенциальный барьер на границе, препятствующий дальнейшей диффузии. В низколегированной области перешедшие электроны образуют потенциальную яму, которая ограничивает их движение в направлении нормальном к плоскости перехода. Этот ансамбль носителей заряда получил название двумерного электронного газа, или 2D-газа. Если к рассматриваемой структуре приложить внешнее напряжение, то на границе изменится положение энергетического уровня, а соответственно количество зарядов в слое 2D-газа. Подвижность носителей в низколегированной области может существенно превышать подвижность в сильно легированной области. Материал канального слоя выбирается с высокой подвижностью носителей заряда. Так как канал слаболегированный, рассеяние электронного газа минимально, из-за сохраняется высокая подвижность.
Таким образом сопротивления стока и истока уменьшаются, а подвижность сохраняется, что обеспечивает шумы порядка NF = 0.5 …0.7 дБ на частоте 11 ГГц.