LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Фізичні основи побудови швидкодіючих інформаційно-керуючих систем на базі електрично активних напівпровідників

провідність, – довжина структури, . Причому перша умова визначається параметрами напівпровідникової структури з негативною диференційною провідністю, а друга умова – зовнішньою схемою.

Виведені вказані умови з моделі, яка описує суперпозицію постійного (гріючого) та НВЧ-полів (див. рис. 2), вплив на об’ємний заряд їх співвіднесених напруженостей, а також величини навантаження і повної провідності напівпровідникових структур. Цей аналіз проведено за допомогою кусочно-лінійної апроксимації вольтамперної характеристики напівпровідникової структури в умовах міждолинного перенесення електронів, яка на рис. 2 представлена залежністю дрейфової швидкості носіїв заряду від електричного поля .

Рис. 2. Кусочно-лінійна вольтамперна характеристика МЕП-структури

Показано, що МЕП-діод із стабілізованою доменною нестійкістю, може бути використаний як елемент з електрично змінним імпедансом, так що задача керування параметрами сигналу в ІКС, наприклад, отримання фазового зсуву, зведеться до електричного керування фазою коефіцієнта відбиття або пропускання хвилеводної структури зі встановленим в ній МЕП-діодом.

Для початкової фази зростання об'ємного заряду, коли , напруга на діоді (тут L – довжина діода, – відстань від катода, де знаходиться шар накопичення, – поле між катодом і шаром накопичення (однорідне); – поле між шаром накопичення і анодом).

. (1)

З рис. 2. видно, що фаза , коли ; фаза , коли . При .

Отже, коли ,

. (2)

Значення в (2) представляє нижню межу НВЧ поля на напівпровіднику, при якій накопичення об'ємного заряду стає величиною, контрольованою вхідним сигналом.

З аналізу густини струму в напівпровідниковій структурі за умов керуючого впливу зовнішнього НВЧ-сигналу одержано вирази для активної


, (3)


і реактивної (4)


провідностей, де:


– провідність напівпровідникової структури в слабкому полі,

- рухливість в слабкому полі.


Як випливає з виразів (3) і (4), і активна, і реактивна складові провідності залежать від рівня потужності НВЧ сигналу, оскільки , від взаємного розташування керуючої напруги і НВЧ-напруги на площині вольтамперної характеристики через параметри , і від параметра – максвеллівського часу релаксації об'ємного заряду, що є функцією постійної напруги .

Результати цього аналізу зручно представити графічно (рис. 3, 4) при наступних значеннях параметрів моделі: m1 = 6000 см2В-1с-1; m2 = 2000 см2В-1с-1; Е0 = 10 кВ/см; ЕТ = 3,25 кВ/см; n0 = 0,91015 см-3; fL = 7,7109 Гц.

Видно, що при величині НВЧ поля 1,2 кВ/см розрахункова зміна реактивної частини провідності складає величину порядку 300 % при п'ятикратній зміні керуючої напруги. При цьому адмітанс в напівпровідниковій структурі в широкому діапазоні керуючих напруг залишається негативним. Тобто, досягається прийнятний фазовий зсув при допустимих втратах вхідного сигналу.

Таким чином, цілеспрямована дія НВЧ-полями з регульованим співвідношенням величини постійного електричного поля, що живить напівпровідникову структуру, і напруженості НВЧ-поля резонатора дозволяє керувати типом нестійкості в напівпровідникових структурах. Від абсолютної нестійкості вдається перейти до конвективної нестійкості. Це дає можливість на однакових напівпровідникових структурах реалізувати генераторні пристрої, стабільні підсилювачі різного типу, а також перетворювальні, фазокоригуючі пристрої, електрокеровані атенюатори, тощо. Зазначена можливість є основою безконфліктної роботи швидкодіючих багатофункціональних інформаційно-керуючих систем.

Рис. 3. Залежність активної провідності від поля зміщення при різних значеннях напруженості електричної компоненти надвисокочастотного поля

Рис. 4. Залежність реактивної провідності від поля зміщення при різних значеннях напруженості електричної компоненти надвисокочастотного поля

У третьому розділі„Методологічні основи і принципи побудови НВЧ-датчиків (на прикладі системи моніторингу параметрів руху високошвидкісного екіпажа на магнітному підвісі)” досліджуються фізичні принципи побудови і апаратурна реалізація експериментальних зразків вимірювальних НВЧ-перетворювачів в радіосигнал магнітних і механічних величин (параметрів руху високошвидкісних об’єктів: місцезнаходження, швидкість, прискорення, малі зазори від направляючих площин). Розробка цих датчиків цілеспрямовано велася для побудови системи керування полігонною моделлю магнітолевітуючого екіпажа (див. рис. 5).

Зокрема, запропоновано концепцію побудови мікрохвильового датчика визначення координати магнітолевітуючого транспортного засобу (МТЗ) на електродинамічному підвішуванні для інформаційно-керуючої системи, що базується на радіохвильових принципах.

Рис. 5. Експериментальні екіпаж і полігон ІТСТ НАНУ “Трансмаг”

В основу цієї ІКС покладено застосування розміщеної уздовж активної шляхової структури магістральної маркерно-зв'язної комунікаційної лінії з групами вхідних отворів зв'язку. Збудження комунікаційної лінії здійснюється модульованими сигналами, що несуть інформацію про просторове положення МТЗ, які створюються високостабільним НВЧ-генератором, розміщеним на МТЗ. При конструюванні зазначеного генераторного модуля (рис. 6) запатентовано деякі його особливості (зокрема, вузол кріплення напівпровідникового діода), які використовуються для підвищення його завадостійкості.

Рис. 6. Загальний вигляд високостабільного генераторного модуля сантиметрового діапазону

З метою підвищення експлуатаційних характеристик таких генераторних модулів в широкому діапазоні температур розроблено реверсивну схему з однополярним живленням для їх активної термостабілізації з використанням в якості активного елемента термоелектричних мікроохолоджувачів. Її використання дозволяє досягти значення температурного коефіцієнта частоти близько 10-7 1/°C.

Експериментально вивчено вплив фазової відстані до площини навантаження на стабільність рівня вихідної потужності генератора (див. рис. 7).

Рис. 7. Залежність коефіцієнту амплітудної модуляції НВЧ сигналу від фазової відстані до площини навантаження при різних значеннях коефіцієнта стоячої хвилі

Розвинуто концепцію й побудовано конкретні конструкції напівпровідникових автогенераторних вимірників магнітних полів НВЧ