Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

Коммуникации и связь->Реферат
Гармоники тока, создаваемые нелинейными нагрузками, могут представлять собой серьезные проблемы для систем электропитания. Гармонические составляющие ...полностью>>
Коммуникации и связь->Курсовая работа
Последнее время реклaма в России, да и в мире в целом, стала очень важной отраслью бизнеса. Современные достижения научно-технического прогресса позво...полностью>>
Коммуникации и связь->Закон
Стабильная работа жилищно-коммунального хозяйства города в 2009 году была обусловлена следующими позитивными факторами: бесперебойной работой коммунал...полностью>>
Коммуникации и связь->Реферат
При минимально возможном входном напряжении уровень напряжения на выходе выпрямителя будет минимальным, а ток – максимальным, и ,наоборот, при максима...полностью>>

Главная > Курсовая работа >Коммуникации и связь

Сохрани ссылку в одной из сетей:

Реферат

В данном курсовом проекте был разработан и рассчитан автогенератор на диоде Ганна с варакторной перестройкой частоты в диапазоне от 11,4 до 11,6 ГГц. Пояснительная записка выполнена на 31 листах и содержит 13 рисунков.

Ключевые слова:

  • усилителя СВЧ сигнала;

  • напряженность поля;

  • модуляционная характеристика;

  • КПД колебательной системы;

  • колебательный контур;

  • выходной сигнал.

Содержание

Введение

1. Техническое задание и исходные данные

2. Обзор литературных источников

2.1 Междолинный переход электронов

2.2 Дипольные домены и возможные режимы работы диодов Ганна

2.3 Режим с обогащенным слоем

2.4 Мощность и КПД диодов Ганна

3. Выбор структуры автогенератора и типа диода

4. Расчет автогенератора и резонансной системы

4.1 Расчёт параметров варактора

4.2 Определение пределов перестройки частоты автогенератора

4.3 Определение нелинейности статической модуляционной характеристики

4.4 Расчёт резонатора автогенератора

4.5 Расчёт оптимального сопротивления нагрузки и КПД резонансной системы

Заключение

Список литературы

Введение

В цепи, с подключенным диодом Ганна, возникает переменный ток. Причем частота изменения тока равняется величине, обратной времени пролёта электронов от катода до анода. Далее в курсовой будет показано, что генерация переменного тока обусловлена эффектом междолинного перехода электронов, стимулированного сильным электрическим током. Данный эффект бил использован для построения на основе Диодов Ганна высокочастотных генераторов. Так как эти генераторы обладали хорошими шумовыми характеристиками, то это и позволило применение таких генераторов на аппаратуре с высокой чувствительностью, а также такие генераторы не требовали применения высоковольтных источников питания.

Конечно, кроме выше перечисленных преимуществ в диодов Ганна были и некоторые недостатки. Основными недостатками генераторов на основе диодов Ганна была их малая выходная мощность и КПД. Но это не повлияло на пренебрежение их, как ключевого звена современной СВЧ техники. Они превосходили иных генераторов своим гарантийным сроком службы, который может достигать сотню лет, а иногда и превышать его.

Целью данного курсового проекта является расчёт автогенератора на диоде Ганна с перестройкой частоты в диапазоне частот от 11,4 до 11,6 ГГц (сантиметровый диапазон), с мощностью не менее 5 мВт.

1. Техническое задание

Разработать и рассчитать автогенератор на диоде Ганна с перестройкой частоты.

Исходные данные

  1. Диапазон перестройки частоты от 11,4 до 11,6 ГГц

  2. Выходная мощность не менее 5 мВт

2. Обзор литературых источников

2.1 Приборы на эффекте междолинного перехода электронов

В 1963 г. Ганн установил, что при наложении постоянного электрического поля, с напряжённостью выше некоторого порогового значения, на монокристаллический образец из арсенида галлия или фосфида индия его сопротивление начинает периодически изменяться с частотой, лежащей в СВЧ - диапазоне. В результате в цепи, в которую включён такой образец, возникает переменный ток СВЧ - диапазона. Причем частота изменения тока равняется величине, обратной времени пролёта электронов от катода до анода. В дальнейшем было показано, что генерация переменного тока обусловлена эффектом междолинного перехода электронов, стимулированного сильным электрическим током.

Междолинный переход электронов

Рисунок 1 – Структура энергетических зон GaAs и InP(6) при Т=300 К

Эффект междолинного перехода рассматривается на примере арсенида галлия и фосфида индия, структура энергетических зон которых представлена на рис [ 1 ]. При малой напряжённости электрического поля в образце все электроны находятся в нижней долине зоны проводимости, расположенной в точке Г (рис [ 1 ]).

Здесь они обладают малой эффективной массой и высокой подвижностью. Если напряжённость поля достигнет некоторой пороговой величины (Еп), то появятся горячие электроны, способные перейти в верхнюю долину зоны проводимости, расположенную в точке L. Дальнейшее увеличение Е будет сопровождаться непрерывным ростом концентрации электронов в верхней долине. При переходе в верхнюю долину эффективная масса электронов значительно возрастает, а подвижность падает.

Следовательно, скорость дрейфа электронов по мере увеличения Е при Е>Еп должна уменьшаться. Это приведёт к появлению на вольт - амперной характеристике образца участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением (ОДС).

Для получения зависимостиот E введём следующие обозначения:

m1* и m2* - эффективные массы

k1 и k2 - подвижности

n1 и n2- концентрации электронов в нижней и верхней долинах соответственно.

Из выражения для плотности тока в образце при Еп

(1)

с учётом того, что n0 = n1 + n2, получим

(2)

так как k1 >> k2. Будем считать, что электронные температуры (Те) в обеих долинах одинаковы. Тогда, исходя из статистики Максвелла - Больцмана, можно записать следующее выражение для отношения заселённостей электронами верхней и нижней долин:

(3)

где предэкспоненциальный множитель определяет отношение плотностей состояний в долинах, а М1 и М2 - число верхних и нижних долин соответственно.

Для GaAS M1=1, M2=4, m1*=0,067m0, m2*=0,55m0 и (M2/M1)(m2*/m1*)3/2=94.

Из (2) и (3) имеем

(4)

Выражение для Те получим, используя условие баланса энергии, приобретаемой электронами в электрическом поле в единицу времени и теряемой в это же время за счёт столкновений:

(5)

где- время релакса энергии (порядка 10-12 с)

Подстановка (4) в (5) приводит к следующему выражению

(6)

Отсюда можно рассчитать зависимость Те от Е при любой температуре.

Рисунок 2 – Зависимость дрейфовой скорости электронов GaAs от Е при Т,(К): 1-200, 2-300, 3-350, 4- заселенность верхней долины при 300 К

Зависимости от Е для GaAs рассчитанные с помощью (4) и (6) приведены на рисунке [2].

Здесь же штриховой линией показана зависимость заселённости верхней долины от Е. Из результатов расчёта следует, что пороговое значение напряжённости поля увеличивается с ростом температуры (см рис [2]). Кроме того, при достаточно высокой температуре должен исчезать участок ВАХ с ОДС, так как в этом случае показатель экспоненты в (4) мал даже в области слабых полей, когда Те~Т, и поэтому экспонента меняется незначительно при увеличении Е и Те. Но тогда как следует из (4), ~ Е, то есть выполняется закон Ома. Фактически это означает, что при высоких температурах заселённость электронами верхней долины велика даже в области слабых полей и практически не изменяется, с увеличением Е. Такая же картина будет реализовываться при малых значениях dЕ1,2. Таким образом, участок ОДС на ВАХ полупроводника может возникнуть за счёт междолинных переходов только при достаточно низких температурах, когда большинство электронов находится в основном минимуме зоны проводимости.

Из (4) также следует, что плотность состояний в основном минимуме зоны проводимости должна быть мала, а в побочном - велика. В противном случае член с экспонентой в (4) будет значительно меньше единицы и не сможет эффективно влиять на величину. И наконец необходимо отметить, что dЕ1,2 должно быть меньше ширины запрещённой зоны полупроводника, чтобы величина порогового поля не оказалась сравнимой с напряжённостью поля лавинного пробоя. Требование к резкому неравенству подвижностей электронов в основной и побочной долинах является очевидным.

Значения параметров, характеризующих ВАХ образцов из арсенида галлия и фосфида индия соответственно равны:

– напряжённость порогового поля - 3,2 * 103 и 10,5*103 В/см

– максимальная величина дрейфовой скорости - 2,2*107 и 2,5*107 см/с

– максимальная величина отрицательной дифференциальной подвижности - 2400 и 2000 см2.(В*с).

2.2 Дипольные домены и возможные режимы работы диодов Ганна

Анализ механизма возникновения периодических изменений сопротивления образца с ОДС проведём на примере однородно легированного полупроводника с омическими контактами, в котором приложенная разность потенциалов создаёт электрическое поле Е=Еп Предположим, что в некоторый момент времени вследствие тепловой флуктуации группа электронов сместилась в сторону катода относительно неподвижно ионизованных доноров (рис [3], а). Тогда возникшая таким образом избыточная концентрация электронов (рис [3], б) должна изменяться во времени с известным соотношением

(7)

представляющим собой закон релаксации основных носителей заряда в полупроводнике. Если в рассматриваемом образце справедлив закон Ома, то время релаксации Максвелла

В противном случае следует заменить на дифференциальную удельную проводимость и для образца с ОДС

(8)

где µ- - отрицательная дифференциальная подвижность, соответствующая падающему участку ВАХ. Из (7) и (8) следует, что в образце с ОДС первоначальная тепловая флуктуация концентрации электрона должна не убывать с ростом t, а увеличиваться, так как µ-<0.



Похожие страницы:

  1. Расчёт транзисторного генератора

    Курсовая работа >> Коммуникации и связь
    ... Произвести графо-аналитический расчёт усилителя 3.Выполнить ... в настоящее время получили автогенераторы на активных трехполюсниках: транзисторах ... автогенераторы обеспечивают стационарные колебания за счет специфических процессов в генераторных диодах ...
  2. Разработка электронного устройства на примере RC-генератора

    Курсовая работа >> Коммуникации и связь
    ... т. е. автогенератор работает в жестком режиме самовозбуждения на участке проходной характеристики ... Откуда: где , 3.2 Расчёт генератора синусоидальных колебаний Рассчитаем ... выходного напряжения. Падение напряжения на диоде приблизительно 0,6 В. Следовательно, ...
  3. Модернизация нейтронных анализаторов раствора системы борного регулирования на Волгодонской АЭС

    Дипломная работа >> Коммуникации и связь
    ... выполненный на транзисторах Т3 и Т4, представляет собой двухтактный ненасыщенный автогенератор с ... с помощью мостов на диодах Д35-Д42. На передней панели имеется ... некоторых других вопросов. 4.2 РАСЧЁТ КАПИТАЛЬНЫХ ВЛОЖЕНИЙ НА ПОКУПКУ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ И ...
  4. Электроника и микросхемотехника. Курс лекций

    Конспект >> Коммуникации и связь
    ... диоды 7 1.1. Принцип работы диода 7 1.2. Вольт-амперная характеристика диода 9 1.3. Выпрямительные диоды 12 1.4. Высокочастотные диоды 13 1.5. Импульсные диоды ... Методика выполнения задания Расчет RС- автогенераторов на ОУ с фазовращающими цепоч­ками. ...
  5. Проектирование связного передатчика с частотной модуляцией

    Курсовая работа >> Коммуникации и связь
    ... диодных генераторах (на туннельном диоде, диоде Ганна) путём изменения напряжения смещения на диоде и т.д. Для ... 2. 5. Расчет автогенератора Расчёт режима автогенератора Произведём расчёт генератора, управляемого напряжением – автогенератора, исходя из ...

Хочу больше похожих работ...