Поиск

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

Рекомендуем ознакомиться

Коммуникации и связь->Дипломная работа
В настоящее время трудно назвать какую-либо область науки, техники или промышленного производства, где бы ни применялись тонкие пленки. Основными мето...полностью>>
Коммуникации и связь->Курсовая работа
В данной курсовой работе выполнен расчёт участка сети сотовой связи стандарта GSM – 900, методами: прогноза зон покрытия на основе статистической моде...полностью>>
Коммуникации и связь->Курсовая работа
В радиотехнике, наряду с методами аналоговой обработки сигналов, широкое распространение получили методы и устройства цифровой обработки сигналов, реа...полностью>>
Коммуникации и связь->Курсовая работа
2.1 Определите минимальное количество разрядов m в кодовом слове, при котором обеспечивается заданная защищённость гармонического колебания с амплитуд...полностью>>

Главная > Курсовая работа >Коммуникации и связь

Сохрани ссылку в одной из сетей:

Режим ОНОЗ и гибридные режимы работы диода Ганна относят к режимам с «жестким» самовозбуждением, для которых характерна зависимость отрицательной электронной проводимости от амплитуды высокочастотного напряжения. Ввод генератора в гибридный режим (как и в режиме ОНОЗ) представляет сложную задачу и обычно осуществляется последовательным переходом диода из пролетного режима в гибридные.

Следует иметь в виду, что электронный к.п.д. генераторов на диодах Ганна уменьшается на высоких частотах, когда период колебаний становится соизмеримым с временем установления ОДП ( это проявляется уже на частотах ∼30 ГГц).Инерционность процессов, определяющих зависимость средней дрейфовой скорости электронов от поля, приводит к уменьшению противофазной составляющей тока диода. Предельные частоты диодов Ганна, связанные с этим явлением, оцениваются значениями ∼ 100 ГГц для приборов из GaAs и 150-300 ГГц для приборов из InP .

Выходная мощность диодов Ганна ограничена электрическими и тепловыми процессами. Влияние последних приводит к зависимости максимальной мощности от частоты в виде Pвыхf =A ,где постоянная А определяется допустимым перегревом структуры, тепловыми характеристиками материала, электронным к.п.д. и емкостью диода. Ограничения по электрическому режиму связаны с тем, что при большой выходной мощности амплитуда колебаний Um оказывается соизмеримой с постоянным напряжением U0 на диоде: Um≈ U0= E0l.

В доменных режимах имеем Pвыхf2 = 0,5 E20доп v2нас / Rэ. Максимальная напряженность электрического поля в домене Eдом значительно превышает среднее значение поля в диоде E0 ,в то же время она должна быть меньше пробивной напряженности, при которой возникает лавинный пробой материала ( для GaAs Епроб ≈ 200 кВ/см).Обычно допустимым значением электрического поля E0доп считают 15 кВ/см.

Как и для ЛПД, на относительно низких частотах ( в сантиметровом диапазоне длин волн) максимальное значение выходной мощности диодов Ганна определяется тепловыми эффектами. В миллиметровом диапазоне толщина активной области диодов, работающих в доменных режимах, становится малой и преобладают ограничения электрического характера. В непрерывном режиме в трехсантиметровом диапазоне от одного диода можно получить мощность 1-2 Вт при к.п.д. до 14% ; на частотах 60-100 ГГц- до 100 вВт при к.п.д. в единицы процентов. Генераторы на диодах Ганна характеризуются значительно меньшими частотными шумами, чем генераторы на ЛПД.

Режим ОНОЗ отличается значительно более равномерным распределением электрического поля. Кроме того, длина диода, работающего в этом режиме, может быть значительной. Поэтому амплитуда СВЧ- напряжения на диоде в режиме ОНОЗ может на 1-2 порядка превышать напряжение в доменных режимах. Таким образом, выходная мощность диодов Ганна в режиме ОНОЗ может быть повышена на несколько порядков по сравнению с доменными режимами. Для режима ОНОЗ на первый план выступают тепловые ограничения. Диоды Ганна в режиме ОНОЗ работают чаще всего в импульсном режиме с большой скважностью и генерируют в сантиметровом диапазоне длин волн мощность до единиц киловатт.

Частота генераторов на диоде Ганна определяется в основном резонансной частотой колебательной системы с учетом емкостной проводимости диода и может перестраиваться в широких пределах механическими и электрическими методами.

В волноводном генераторе диод Ганна установлен между широкими стенками прямоугольного волновода в конце металлического стержня. Напряжение смещения подается через дроссельный ввод, который выполнен в виде отрезков четвертьволновых коаксиальных линий и служит для предотвращения проникновения СВЧ- колебаний в цепь источника питания. Низкодобротный резонатор образован элементами крепления диода в волноводе. Частота генератора перестраивается с помощью варакторного диода, расположенного на полуволновом расстоянии λв/2 и установленного в волноводе аналогично диоду Ганна. Часто диоды включают в волновод с уменьшенной высотой b1 ,который соединен с выходным волноводом стандартного сечения четвертьволновым трансформатором.

В микрополосковой конструкции диод включен между основанием и полосковым проводником. Для стабилизации частоты используется высокодобротный диэлектрический резонатор в виде диска из диэлектрика с малыми потерями и высоким значением ɛ, расположенного вблизи полоскового проводника МПЛ шириной w. Конденсатор служит для разделения цепей питания и СВЧ- тракта. Напряжение питания подается через дроссельную цепь, состоящую из двух четвертьволновых отрезков МПЛ с различными волновыми сопротивлениями, причем линия с малым сопротивлением разомкнута.Использование диэлектрических резонаторов с положительным температурным коэффициентом частоты позволяет создавать генераторы с малыми уходами частоты при изменении температуры ( ∼40 кГц/0C ).

Перестраиваемые по частоте генераторы на диодах Ганна могут быть сконструированы с применением монокристаллов железоиттриевого граната. Частота генератора в этом случае изменяется за счет перестройки резонансной частоты высокодобротного резонатора, имеющего вид ЖИГ- сферы малого диаметра, при изменении магнитного поля Н0 .Максимальная перестройка достигается при бескорпусных диодах, имеющих минимальные реактивные параметры. Высокочастотный контур диода состоит из короткого витка, охватывающие ЖИГ- сферу. Связь контура диода с контуром нагрузки осуществляется за счет взаимной индуктивности, обеспечиваемой ЖИГ-сферой и ортогонально расположенными витками связи. Диапазон электрической перестройки таких генераторов, широко используемых в автоматических измерительных устройствах, достигает октавы при выходной мощности 10-20 мВт.

Следует отметить, что расчет генераторов на диодах Ганна затруднен приблизительным характером данных как о параметрах эквивалентной схемы диода, так и о параметрах эквивалентной схемы колебательной системы, а также узла крепления диода ( особенно на высоких частотах).Обобщенную эквивалентную схему диода Ганна обычно задают в виде рис.3. Активную область диода представляют в виде параллельного соединения отрицательной проводимости ( -Gд ) и емкости С, значение которой в различных режимах работы могут существенно отличаться от «холодной» емкости диодной структуры C0 = ɛɛ0S/l. Величины Gд и С зависят как от постоянного напряжения U0 ,так и от амплитуды СВЧ- напряжения Um ,а также частоты. Поэтому весьма актуальной является проблема непосредственных измерений параметров эквивалентной схемы диодов в реальных режимах работы. Конструкции корпусов диодов Ганна и значения их паразитных параметров не отличаются от конструкции и параметров других диодов.

Срок службы генераторов Ганна относительно мал ,что связано с одновременным воздействием на кристалл полупроводника таких факторов, как сильное электрическое поле и перегрев кристалла из-за выделяющейся в нем мощности.

Диоды Ганна имеют различные области применения, что объясняется различием в уровнях выходной мощности и шумов на выходе ( у диодов Ганна уровень шумов на 20…30 дБ ниже, чем у ЛПД ),а также различием требований к источникам электрического питания. Диоды Ганна применяются в маломощных источниках СВЧ сигналов некоторых типах линий связи, измерительной технике, гетеродинах, генераторах накачки. Электрическое питание для них – низковольтные сравнительно простые генераторы напряжения.

Схема стабилизированного питания диодов Ганна в непрерывном режиме показана на рис.1.7

Рисунок 1.7- Схема стабилизации напряжения для питания диодов Ганна

Цепочка RC служит для предотвращения возникновения паразитных колебаний в цепи питания, что могло бы привести к выгоранию диода. Цепь питания должна также содержать устройство для стабилизации тока диода и осуществлять защиту от включения диода Ганна на напряжение противоположной полярности, что также привело бы к повреждению диода.

Генераторные диоды эксплуатируются в резонансных камерах, выполненных либо в виде полых резонаторов, либо в виде микросхем на диэлектрических подложках с резонирующими емкостными и индуктивными элементами, либо в виде комбинации резонаторов с микросхемами. Для уменьшения температурного изменения частоты резонаторы изготовляют из металла с низким коэффициентом линейного расширения. Микрополосковые резонаторы имеют относительно низкую добротность, что ведет к меньшей стабильности частоты и мощности и увеличивает шумы.

В микрополосковой камере для диодов Ганна этот недостаток устранен в результате использования высокодобротного диэлектрического резонатора.

Для прецизионной стабилизации частоты используют маломощные опорные высокостабильные генераторы СВЧ. Для подстройки и перестройки частоты генераторов может применяться механическая перестройка резонаторов. Частота диодов Ганна в определенных пределах может подстраиваться регулированием тока.

Эффективно применение на диодах Ганна высокодобротных настроечных диодов. Для увеличения отдаваемой мощности применяются камеры, в которых одновременно работает несколько однотипных генераторных диодов. При конструировании генераторных камер должны учитываться вопросы согласования выходного полного сопротивления генераторного диода со входным сопротивлением нагрузки

II. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ДИОДА ГАННА

Расчет параметров диода выполняем при условии, что он является арсенид галлиевым.

-собственная концентрация ni=1,7∙1016 см-3

-температура Т0 =300 К

-постоянная Больцмана k= 1,38∙10-23 Дж/К

-диффузионная длина Ln= 1,8∙10-19 м

-концентрация акцепторной примеси Na= 2∙1016 см-3

-концентрация донорной примеси Nд= 1016 см-3

-диэлектрическая постоянная ε0= 8,85∙10-12 Ф/м

-диэлектрическая проницаемость ε= 12 Ф/м

-площадь барьера S= 10-5м2

-длина волны λ= 50 мкм

-максимально допустимая температура Tn max= 500 K

-ток обратный Iобр= 0,2 мА

- заряд электрона q= 1,6·10-19 Кл

Контактная разница потенциалов φк, Β:

(2.1)

где к- постоянная Больцмана; Т-температура;

Ln –диффузионная длина;

Na –концентрация акцепторной примеси;

Nд -концентрация донорной примеси;

ni –собственная концентрация.

Ширина p-n перехода l0, м:

где ε-диэлектрическая постоянная;

ε0 –диэлектрическая проницаемость.

Ширина p-n перехода при напряжении 1,2 В l, м:

где U –данное напряжение.

Барьерная емкость Сб , Ф:

где S- площадь барьера.

Граничная частота , Гц:

где π=3,14.

Тепловое сопротивление Rт , Ом :

где λ- длина волны.

Расчет теплового сопротивления Rт по формуле произведем в программе Turbo Pascal (Program 1) :

Program 1;

Var l: integer;

l1,S,: real;

Begin

Readln (l,l1,S);

R:=l/(l1*S);

Writeln (‘R:=’,R);

Readln;

End.

Максимальное напряжение Umax ,В:

где Tnmax –максимально допустимая температура;

Iобр –ток обратный.

Программа по которой производилися расчет максимального напряжения Umax по формуле представлена ниже (Program 2):

Program 2;

Var T1,T2,R: integer;

U,I: real;

Begin

Readln (I,T1,T2,R);

U:=(T1-T2)/(R*I);

Writeln ( ‘U:=’,U);

Readln;

End.

ВЫВОД

Диоды Ганна, как твердотельные генераторы токов в диапазоне СВЧ находят очень широкое применение в разнообразнейших устройствах благодаря своим несомненным преимуществам: легкости, компактности, надежности, эффективности и др.

Со времен своего появления диоды Ганна неоднократно совершенствовались. Шло повышение рабочих частот, приводящее к соответственному уменьшению размеров кристалла; принимались различные меры по увеличению КПД диодов и их выходной мощности. Все это время рассчет диодов Ганна представлял собой очень длительный и трудоемкий процесс, даже с использованием компьютеров первых поколений. Однако, в наше время, в век стремительного роста материально-научной базы компьютерной техники становится возможным построить программное обеспечение, позволяющее произвести рассчет диода Ганна легко и просто.

В расчетной части курсового проекта с использование исходных данных рассчитали такие параметры диода Ганна на арсениде галлия: контактную разницу потенциалов, ширину p-n перехода, ширину p-n перехода при напряжении 1,2 В, барьерную емкость, граничную частоту, тепловое сопротивление ,а также максимальное напряжение.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  1. В.В.Пасынков, Л.К. Чиркин, А.Д.Шинков. « Полупроводниковые приборы », Москва: «Высшая школа», 1981г, 430 стр.

  2. Ю.А.Овечкин «Полупроводниковые приборы», Москва: «Высшая школа, 1986г, 303 стр.

  3. Справочник «Диоды »,Москва: «Радио и связь», 1990г, 335стр.

  4. М.С.Гусятинер, А.И.Горбачев « Полупроводниковые сверхвысокочастотные диоды», Москва: «Радио и связь», 1983г, 223 стр

  5. Справочник под ред.Н.Н.Горюнова «Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы», Москва: «Энергоатомиздат», 1987г, 742 стр.

  6. З.А.Никонова, О.Ю.Небеснюк, «Твердотельная электроника» конспект лекцій, 2002г , 99 стр.

  7. В.М.Березин, В.С.Буряк «Электронные приборы СВЧ»,Москва: «Высшая школа»1985г, 293 стр.

  8. Ф.И.Вайсбурд «Полупроводниковые приборы» Москва: издательство «Связь», 1966г, 131 стр.

  9. Ю.Е.Веревкин «Основы электронной и полупроводниковой техники»,Ленинград: издательство «Судостроение», 1969г, 603стр.

  10. Справочник радиолюбителя: полупроводниковые приємно-усилительные устройства под ред Р.М.Терещук,С.А.Седов.- М.: «Наукова думка», 1984г, 675 стр.

  11. Н.А.Шибаев Н.А. « Электровакуумные и полупроводниковые приборы» М.: «Воениздат», 1967г, 423стр.

  12. В.Ю.Лавриненко « Справочник по полупроводниковым приборам»,Киев.: «Техника», 1964г,325стр.

  13. А.В.Дыкин. «Электронные и полупроводниковые приборы» М.: «Энегрия»,1965г,257 стр..

  14. А.Згут, О.Я.Язгур «Полупроводниковые диоды и триоды»,М.: «Москва»,1960г, 345стр.

  15. В.Ф.Власов «Электронные и ионные приборы»,М.: «Связьиздат», 1960, 367стр.



Похожие страницы:

  1. Расчёт автогенератора на диоде Ганна

    Курсовая работа >> Коммуникации и связь
    ... 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 ... ). 2.2 Дипольные домены и возможные режимы работы диодов Ганна Анализ механизма возникновения периодических изменений ...
  2. Проектирование связного передатчика с частотной модуляцией

    Курсовая работа >> Коммуникации и связь
    ... ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 1. Расчет коллекторной цепи 2. Расчет базовой цепи 3. Расчет цепи ... генераторах (на туннельном диоде, диоде Ганна) путём изменения напряжения ... Козырев В. Б., Власов В. А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков: Учебное пособие ...
  3. Радиолокация. Радиолокационные цели. ЭПР

    Реферат >> Промышленность, производство
    ... - моста с согласованной нагрузкой в неиспользованном плече. 5.5.1. Расчет и проектирование двухшлейфного моста. Исходные данные: fc ... схема на диоде Ганна с последовательным включением варактора для перестройки частоты. 6.Проектирование и расчет УПЧ. 1) ...
  4. Программатор микроконтроллеров и микросхем памяти

    Дипломная работа >> Коммуникации и связь
    ... под действием света; - Диоды Ганна. Используются для генерации и ... программирования; - выбрать способ расчета контрольной суммы; - назначить программатору ... А.Г., Галицын А.А., Иванников А.Д. Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на микропроцессорах: ...
  5. Электронные цепи СВЧ (конспект)

    Лекция >> Физика
    ... аттенюаторов. Порядок расчета линий передачи: Расчет и по Расчет Расчет – матрицы передачи ... . В отличие от диодов Ганна, туннельного диода, в транзисторном генераторе ... Фуско. СВЧ цепи. Анализ и автоматизированные проектирование. М.: «Радио и связь».– 1990.– ...

Хочу больше похожих работ...