МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра РТЭ

Балл 4.5

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 3

по дисциплине «Микроволновая электроника»

Вариант 13

Студентка гр. 5209		Хабибулин А.Р.
Преподаватель		Иванов В.А.

Санкт-Петербург

2018

Задача №1.

Диоды с положительным динамическим сопротивлением.

1. Рассчитать максимальное значение выпрямленного тока для ДД с коэффициентом идеальности, при микроволновой мощности

Дано:

n = 2,75

P_micro = 13 мВт

Решение: Чтобы найти максимальное значение выпрямленного тока для ДД, воспользуемся следующей формулой:

,

где β – токовая чувствительность, которую, соответственно, можно найти по следующей формуле:

Такое преобразование допускаем, при условии, что: 1) сопротивлением контактов R_s и R_j можно пренебречь 2) рабочая частота w гораздо меньше граничной частоты w_гр. 3) g – дифференциальная проводимость

Ответ: максимальное значение выпрямленного тока равно 91,4 мА

2. Оцените тангенциальную чувствительность (выразить в ), если эффективная шумовая температура диода составляет , а полоса усилителя .

Дано:

T_eff = 322 K

∆f = 13 МГц

Решение:

Чтобы найти тангециальную чувствительность, используем формулу:

Однако, прежде чем это сделать, необходимо найти мощность P_tg. Для этого воспользуемся формулой для определения теплового шума (шума Джонсона-Найквиста):

Далее нужна формула для проводимости диода:

Амплитуда шума, соответственно будет равна:

Таким образом, т.к. ток I_s = β·P_tg, получаем:

Наконец, получаем:

Ответ: тангенциальная чувствительность диода равна -22 дБм

3. Охарактеризуйте основные сходства и отличия в функциональной роли, структуре, параметрах микроволновых ДД, СД, ВД и PIN диодов.

Данные приборы работают в диапазоне СВЧ, имеют положительное дифференциальное сопротивление, в структуре каждого диода есть потенциальный барьер (барьер Шотки или p-n переход), все данные приборы являются приборами с биполярной проводимостью.

1. Детекторный диод

Детекторный диод – диод, используемый для детектирования сигнала. При детектировании используется выпрямляющее свойство диода для выделения сигнала более низкой частоты из модулированных по амплитуде СВЧ-колебаний. ДД используется для превращения падающей на него СВЧ мощности в постоянный сигнал. За счет нелинейности ВАХ диода при подаче на него переменного напряжения, изменяется значение среднего тока. ДД выпрямляет ток, и по значению выпрямленного тока определяется падающая на диод мощность.

Мощность, детектируемая диодом, невелика, поэтому он не предназначен для работы на отрицательной ветви ВАХ или в области высоких токов. Пробивное напряжение детекторного диода небольшое, а максимальные токи малы.

2. Смесительный диод.

В отличие от детекторного диода, смесительный имеет большое напряжение пробоя, а так же обладает большим предельным током.

Смесительные диоды используются для смешения сигнала с СВЧ мощностью гетеродина и осуществления частотной модуляции. Так же как и в ДД, в СД используется экспоненциальная форма ВАХ. В разложении ВАХ в ряд Фурье присутствует квадратичный член, благодаря которому при подаче на диод двух сигналов, на выходе будут присутствовать сигналы с суммированной и с разностной частотами. Это обстоятельство позволяет произвести суммирование низкой частоты сигнала с несущей частотой гетеродина, осуществив частотную модуляцию, а также произвести демодуляцию.

сигнал гетеродина, как правило, обладает существенной мощностью (около 100 мВт), напряжение пробоя смесительного диода имеет существенное значение. Для его повышения используются слаболегированные полупроводники, для которых характерен лавинный пробой, такие как арсенид галлия. Слабое легирование в области перехода позволяет увеличить ширину ООЗ и уменьшить, таким образом, напряженность поля. Однако уменьшение легирования приводит к большему значению паразитного сопротивления базы диода.

Смесительный диод можно использовать для детектирования сигналов средней мощности, поскольку ВАХ на положительной ветке имеет схожий вид с детекторным диодом.

3. Варакторный диод.

В основе работы варакторного диода лежит эффект изменения ширины ООЗ и изменения барьерной емкости. В отличие от ДД и СД в которых используется барьер Шоттки, варакторные диоды делают на p-n переходе. Это вызвано тем, что варакторные диоды используют при отрицательном напряжении смещения, где не проявляются преимущества диодов с барьером Шоттки – высокая эффективность эмиттера и быстродействие. В то же время, создание p-n перехода значительно технологичнее.

Наиболее важной для ВД характеристикой является вольт-фарадная характеристика. Для того, чтобы сделать зависимость емкости от напряжения более сильной, используют сверхрезкие p-n переходы, это является отличительной особенностью данного прибора.

Главным применением ВД являются устройства электронной перестройки частоты, в которых изменение частоты происходит за счет изменения емкости ВД. Другим менее распространенным, но важным применением ВД является создание параметрических усилителей, в которых усиление происходит за счет изменения емкости. Также варакторные диоды могут быть использованы в переключателях, но в этой области преимущественно используются PIN диоды.