Задание №1Разбор полетов (1)
.docxЗадание №1
Теоретические основы микроволновой электроники.
-
Рассчитайте энергию кванта микроволнового излучения с частотой (Ngroup+Nstudent/2) ГГц
Какой температуре соответствует эта энергия?
Сравните эту энергию с энергией связи молекулы воды. До какой температуры нужно нагреть воду, чтобы произошла ионизация?
Докажите, что квант микроволнового излучения не может нарушить связь атомов и молекул в живой клетке.
Дано:
Дж*с
f=6.5·109 Гц
1,380 648 52(79)·10−23 Дж/к
Постоянная Больцмана — Википедия
Решение:
E= hν Е= 4.3069·10-24 Дж = 2,7·10-5 эВ λ = c/f = 4,6·10-2 м = 4,6 см
T = b/λ = 2,9·10-3/0,046 = 0, 063 К – Закон смещения Вина
ЕН2О= 5 эВ (Часто 0.2 эВ).
ЕН2О/ Ehν = 185185,185
ЕН2О = kT, Т= ЕН2О/k, Т= 58023 К
Температура денатурации белка -52С
-
Какая плотность мощности микроволнового излучения считается допустимой в быту и на производстве по стандартам РФ? По международным стандартам?
Оцените, как повысится Ваша температура тела за 8 и 24 часа при максимально допустимом уровне излучения. В расчетах потерями тепла на внешнее охлаждение тела – пренебречь.
Опишите особенности нагрева в разных частотных диапазонах.
Согласно стандартам РФ допустимая плотность мощности излучения является:
-
Общество 10мкВт/см2 на 50см
-
Производство 25мкВт/см2 на 50см
По международным стандартам допустимая плотность мощности излучения является:
-
1мВт/см2 на 5 см, как в обществе, так и на производстве.
Взято из материалов лекции №1 по микроволновой электронике.
Дано:,, , Sчел = 2,49м2 приблизительная площадь человека при росте 200 см и m=112 кг, такая площадь получена в ходе собственных измерений.
Решение:
Ответ: =0.055K, =0.0459K .
Площадь моего тела, вычисленная согласно формуле
;
;
Далее рассчитаем энергии при различном времени, чтобы в дальнейшем найти температуры:
;
;
;
;
Особенности воздействия на других частотах:
обоснование воздействия через энергию кванта, глубину проникновения. (систематизация ! знаний по этому вопросу).
-
Информацию о галактическом окружении человечество получает из космоса со спутников, используя микроволновые каналы связи. Выберите один (серию) из снимков, который Вам более всего нравится, с сайта (http://hubblesite.org/gallery/album/entire).
-
Область взаимодействия некоторого прибора составляет L=0.2*(Ngroup+Nstudent) мм. Рассчитайте угол пролета и коэффициент взаимодействия для этой области для вакуумного прибора с ускоряющим напряжением (Nstudent) кВ на частоте (Nstudent) ГГц. Как нужно изменить длину L, чтобы этот угол пролета реализовать в полупроводниковом приборе?
Расчеты, размерность?
-
Сравните 2 типовых прибора: вакуумный и полупроводниковый по следующим параметрам:
-
Объемная плотность заряда;
-
Максимальная скорость движения заряженных частиц;
-
Длина области взаимодействия для угла пролета -радиан.
-
Для вакуумного прибора рассчитать микропервианс, «плазменную» частоту.
-
Для полупроводникового: длину Дебая, плазменную частоту.
Параметры вакуумного прибора: ток (Nstudent*15)мА, ускоряющее напряжение (Nstudent+ Ngroup) кВ, диаметр потока Ngroup*0.75 мм.
Полупроводникового: уровень легирования Nstudent*1016см -3 , напряжение 25В, толщина токового канала 1мкм.
Рабочая частота приборов – Ngroup ГГц. Рабочая температура 400К.
Расчеты, размерность?
-
Можно ли в полупроводниковых приборах обеспечить скоростную модуляцию заряженных частиц, используя начальную часть поле-скоростной характеристики?
На каком расстоянии может обеспечиваться модуляция плотности зарядов?
С какой средней скоростью будет двигаться электрон в приборе, с характерным размером области взаимодействия 0.1 мкм и приложенным напряжением Nstudent В? Материал – арсенид галлия.
Самая распространенная ошибка: в приборе нельзя сделать модуляцию плотности, т.к. прибор – электронейтрален???
Овер-шут? Где про него?
-
Определите коэффициент шума усилительного прибора в дБ, если его эффективная шумовая температура (100+ Nstudent*2)К.
Рассчитайте эффективную шумовую температуру двух таких приборов, включенных каскадно, если коэффициент усиления каждого прибора 13 дБ.
Практически многие решили верно.
-
Определите амплитуду «самосогласованного» напряжения на сеточном зазоре резонатора с бесконечной собственной добротностью, если амплитуда первой гармоники конвекционного тока на входе в резонатор равна Nstudent*0.75 мА, угол пролета 90О, ускоряющее напряжение Ngroup кВ, ток луча 1А.
Решение:
Добротность бесконечная, следовательно, потерь нет.
- наведенный ток.
– амплитуда напряжения на сеточном зазоре резонатора.
– коэффициент взаимодействия.
– проводимость.
=
+Ответы с напряжением в 106В! (Предложение: Пойти в Нобелевский комитет с таким прибором!)
-
Объясните, где «работает» формула Найквиста, а где Ван-дер-Зила при расчете шумов.
В чем разница введения понятий «эффективная» шумовая температура и «эффективное» шумовое сопротивление?
Распространенная ошибка – нет своих мыслей! Неверно указываются библиографические источники.
Формула Найквиста для теплового шума в случае термодинамического равновесия. В реальных приборах условия такого равновесия нарушаются из-за наличия встроенных или приложенных «греющих» электрических полей, которые изменяют энергию электрических зарядов, а соответственно и величину шумовых флюктуаций.
- формула Ван дер Зила
Эта формула определяет средний квадрат шумового тока , возникающего за счет диффузии заряженных частиц общим числом , в элементе резистора с температурой носителей в полосе частот . В данном выражении - поперечное сечение рассматриваемого элемента.
Эта формула сложнее формулы Найквиста, однако, она имеет более широкий диапазон применения, да и физику возникновения шумов отражает детальнее. Естественно, что в случае термодинамического равновесия эта формула должна трансформироваться в формулу Найквиста.
Вводя понятие эффективной шумовой температуры или эффективной шумовой проводимости , получим обычную запись формулы Найквиста для отсутствия термодинамического равновесия:
Выражение называют шумовым отношением, показывающим насколько прибор шумит сильнее, чем это предсказывает формула Найквиста.
-
Прокомментируйте формулу для мощности взаимодействия электромагнитного поля и потока заряженных частиц. В чем заключается сложность нахождения данного интеграла?
Свяжите решение с задачей №8.
Средняя мощность взаимодействия – это энергетический эффект взаимодействия электронного потока с переменным электрическим полем, усредненная за период колебания работа, которую поле совершает во всем пространстве (объеме) взаимодействия.
Движение частиц зависит от электромагнитного поля, которое взаимодействуя с этими частицами меняет их параметры. Данное утверждение следует из зависимости плотности потока заряженных частиц от объемной плотности заряда. Изменяется распределение плотности электронов, а, следовательно, и скорость потока, которая в свою очередь зависит от электромагнитного поля, что приводит к его изменению. А так как поле зависит от плотности потока, то оно, в свой черёд, изменяет ее.
«Велик могучим русский языка!» (Александр Иванов пародист.)
https://www.youtube.com/watch?v=PPImYabP5kg
Задачу подобного типа называют «самосогласованной» задачей, решение которой представляет из себя трудоемкий процесс, что вынуждает прибегать к некоторым приближениям для ее упрощения.
(ссылки: лекция 2 МВЭ; материалы лекции)
-
Анализируйте то, что получили с высоты ранее полученных знаний и логики. Установите обратную связь (feed back) между Ответом , Заданным вопросом и Ходом решения..
“the modification or control of a process or system by its results or effects”
-
Строже относитесь к использованию чужого текста. Если текст полностью копируется, то он «заковычивается» и на источник дается конкретная сноска. Если собственная редакция по рассматриваемому вопросу, то просто ссылка.
-
Форматирование текста, графического материала, вставленных формул. ( Владение Word, MathType, Origin, MVisio).