Реферат: Помножувач частоти великої кратності міліметрового діапазону з малими втратами

(2.17)

(2.16)

(2.15)

(2.14)

(2.13)

Початкові умови :

(2.19)

pN_а ;

(2.20)

nN_д ;

V_д =V₀ ;

(2.21)

I_ki =0;

(2.22)

де N_а , N_д - концентрація акцепторів і донорів

a - коефіцієнт, що дорівнює 1.

У даній задачі проводитися розкладання повного струму через діод у ряд Фур'є, що дозволяє точно визначити потужність діода змінного сигналу, що визначається підвідною потужністю і параметричним посиленням вхідного сигналу. Крім того для визначення вихідної потужності проводитися розкладання струму в вихідному навантаженні в ряд Фур'є. Це дозволяє визначити потужність усіх гармонійних складових у спектрі вихідного сигналу. Слід зазначити, що для ЛПД вірніше було б задавати струм через діод і знаходити при цьому напругу на клемах діоду. Проте, як показали попередні розрахунки, у цьому випадку виникають істотні складності при обчислювальні. Тому була обрана схема розрахунку заданої напруги. Запис вихідних рівнянь припускає такі основні нормування:

де V₁ , V₂ , E₁ , t, n, p - ненормовані значення швидкості, напруженості електричного поля, часу і густини рухливих зарядів відповідно, причому передбачається що дозволяє виключити коефіцієнт в рівнянні Пуассона. У розрахунках задаються такі параметри:

V_н1 = см/с;

V_н2 = см/с;

Оскільки невідомі достатньо достовірні дані про розмір коефіцієнтів дифузії в сильних полях , то коефіцієнтах дифузії дірок і електронів можна вважати одинаковими:

D₁ =15 см² /с;

D₂ =15 см² /с;

Двопролітні діоди характеризуються великим значенням активної складової імпедансу і меншим значенням реактивної складової, що дозволяє працювати при великих значеннях омічного опору контакту і полегшує узгодження з електродинамічною системою. Пропонувалося, що легування донорами по всієї довжині однакове, а в р-області легування акцепторами в два рази більше легування донорами, а на p-n переході воно стає рівним нулю. Довжина переходу складала чверть довжини кристала, а p- і n- області рівні між собою. Така структура була обрана внаслідок того, що контактні розрахунки діодів, у яких відношення довжин р- і n- областей пропорційно відношенню швидкостей дірок і електронів, не показали помітного покращення в ККД у порівнянні з діодами з однаковими довжинами р- і n- областей.

Розрахунки проводилися за допомогою програми, написаної на мові програмування «Pascal».

У даній роботі розрахунки проводились при таких параметрах: вхідна частота f_ВХ =6.5 ГГц, а вихідна частота f_ВИХ =100 ГГц; довжина діода L=0.72 мкм; легування акцепторів у лівій половині діода N_A =1.85×1017 см^-3 , а легування донорами по всієї довжині кристалу N_Д =0.92×1017 см^-3 ; омічний опір контактів діода R_S =0.9×10-5 Ом×см² . Ми одержали такі значення цих параметрів, при яких спостерігається помноження: V₀ =24 В, V₁ =12 В, V₂ =6 В; L₁ =6.9×10^-17 Гн×см² , С₁ =3.36×10^-8 Ф/см² , R₁ =2.35×10^-4 Ом×см² (контур, настроєний на вихідну частоту); L₂ =8.25×10^-17 Гн×см² , С₂ =6.3×10^-8 Ф/см² , R₂ =2.65×10^-3 Ом×см² (контур, настроєний на другу субгармоніку вихідної частоти); L₃ =1.57×10^-15 Гн×см² , С₃ =3.8×10^-7 Ф/см² , R₃ =5.9×10^-3 Ом×см² (контур, настроєний на вхідну частоту).

При даних параметрах ми одержали наступні результати: середній струм через діод складає 7.4×10⁴ А/см² , потужність змінного сигналу дорівнює 10⁵ Вт/см² , потужність 15-ой гармоніки в навантаженні вихідного контуру дорівнює 1.9×10³ Вт/см² . Цим даним відповідають графіки, приведені на мал.2.4. Втрати потужності на помноження складають 19 дБ . При подальшому зменшенні R₁ втрати потужності на помноження зростають і при R₁ =4.72×10^-5 Ом×см² вони складають 24 дБ . Графіки преведені на мал.2.5. Можна сказати, що при даному значенні R₁ помноження ще не відбувається. При збільшенні R₁ відбувається змикання, тобто ми маємо ситуацію коли коливання у вихідному контурі ще не загаснули, а вже надходить наступний імпульс струму. У цьому випадку немає синхронізації вихідного сигналу вхідним відносно низькочастотного сигналу. Це відображається на мал.2.6.

Планується дослідження залежностей параметрів помножувача в залежності від R₂ та R₃ .

Висновки

У ході передипломної практики було проведено математичне моделювання роботи помножувача частоти великої кратності на основі ЛПД із метою одержання високостабільних коливань у короткохвильовій частині міліметрового діапазону хвиль. Досліджувався вплив зовнішньої електро-динамічної системи на вихідні характеристики помножувача.

Попередні розрахунки показали можливість використання ЛПД у якості помножувача частоти великої кратності, що дозволяє одержати, практично зі зберіганням спектру вхідного сигналу, помноження в 15 разів з втратами потужності порядку 19 дБ.

Отримано помноження частоти в 15 разів () і при цьому втрати на помноження складають 24 дБ при , де - опір у вихідному контурі. При збільшенні до мінімальні втрати на помноження зменшуються і складають 19 дБ.

При подальшому збільшенні R₁ відбувається змикання, тобто ми маємо ситуацію коли коливання у вихідному контурі ще не згаснули, а вже надходить наступний імпульс струму. У цьому випадку немає синхронізації вихідного сигналу вхідним відносно низькочастотного сигналу.

Список літератури

1.Пильдон В.И. Полупроводниковые умножительные диоды . - М. : Радио и

связь, 1981.-136.,ил.

2.Красноголовый Б.Н. Плавский Н.Г. Варакторные умножители частоты. –

Минск: Изд-во Белорус. ун-та им. В.И.Ленина, 1979, с. 287.

3.Давыдова Н.С. Данюшевский Ю.З. Диодные генераторы и усилители