Радіовимірювальні прилади на основі ємнісного ефекту в транзисторних структурах з від’ємним опором

Abstract

Дисертаційну роботу присвячено розв’язанню актуального науково-технічного завдання розширення функціональних можливостей радіовимірювальних приладів на основі ємнісного ефекту транзисторних структурах з від’ємним опором. Розроблено та досліджено функціональні вузли перетворення спектрального складу сигна-лів радіовимірювальних приладів, зокрема помножувачі частоти, електричні фільтри, імпульсні генератори та фазообертачі, на основі ємнісного ефекту біполярної, біполярної статично індукованої, польової, біполярно-польової транзисторних структур з від’ємним опором, у яких забезпечується можливість електронного керування параметрами: коефіцієнтом помноження, частотою зрізу, частотою та часом (фронтом) імпульсів, кутом фазового зсуву, відповідно. Дістав подальший розвиток квазілінійний метод аналізу, за допомогою якого отримано нові аналітичні співвідношення умов стійкої роботи та коефіцієнтів передачі по напрузі для другої та третьої гармонік вихідного сигналу помножувачів частоти на біполярній, польовій та біполярно-польовій транзисторних структурах з від’ємним опором які, на відміну від наявних, враховують їх режими живлення та керування. Удосконалено нелінійні математичні моделі генераторів прямокутних імпульсів і лінійно змінної напруги на польовій та біполярній транзисторних структурах, що використовують апроксимацію статичних ВАХ степеневим поліномом та функцією гіперболічного тангенсу, які, на відміну від наявних, враховують вплив режимів живлення цих генераторів на форму генерованих коливань. Результати експериментальних досліджень та комп’ютерного моделювання радіовимірювальних приладів підтверджують теоретично отримані аналітичні співвідношення.

Диссертационная работа посвящена решению актуальной научно-технической задачи рас-ширения функциональных возможностей радиоизмерительных приборов на основе ёмкостного эффекта в транзисторных структурах с отрицательным сопротивлением. Разработана математическая модель генератора прямоугольных импульсов на полевой транзисторной структуре с использованием нелинейной аппроксимации статической ВАХ транзисторной структуры с помощью функции гиперболического тангенса, на основе которой проведено исследование стационарного режима, что позволило вывести аналитические зависимости длительности импульсов и паузы между ними, а также длительность и переднего и заднего фронтов. Усовершенствованы нелинейные математические модели генераторов линейно изменяющегося напряжения на полевой и биполярных транзисторных структурах, которые используют аппроксимацию статических ВАХ степенным полиномом и функцией гиперболиче-ского тангенса, которые, в отличии от существующих, учитывают влияние режимов напряжений питания и управления таких генераторов на форму генерируемых колебаний с возможностью оптической и электрической перестройки частоты генерации в гигагерцовом диапазоне частот; рассчитано значение максимальной чувствительности. На базе нелинейной эквивалентной схемы этого генератора выведена функция преобразования плотности мощности оптического излучения в частоту генерируемых колебаний. Разработаны новые схемотехнические решения электрических фильтров низких, высоких частот и фазовращателей сверхвысокочастотного диапазона частот с электрически управляемыми параметрами частотой среза и углом фазового поворота. Результаты экспериментальных исследований и компьютерного моделирования разрабо-танных радиоизмерительных приборов подтверждают теоретически полученные аналитические соотношения.

The thesis is devoted to solving an actual scientific technical problem of functional capacity ex-tension of the radiomeasuring devices based on capacitance effect in transistor structures with negative resistance. There were developed and researched functional nodes transforming spectrum of radiomeasuring devices’ signals, namely frequency multipliers, electrical filters, pulse generators and phase inverters based on the capacitance effect of bipolar, bipolar statically inducted, field-effect, bipolar-field transistor structures with negative resistance, in which the electric control ability for such parameters as: multiplication coefficient, cutoff frequency, pulse frequency and time (front), phase shift angle was provided. A quasilinear analysis method has got a further development, using it new analytical equations of stable operation conditions and resonance voltage carryover factors for the first, second and third harmonic of the output current of the frequency multipliers on bipolar, field-effect and bi-polar-field transistor structures with negative resistance have been obtained, they distinguish from the known ones by taking into account supply and control modes. Non linear mathematical models of square pulse generators and linearly-changing ones on field-effect and bipolar transistor structures have been improved, using static volt-ampere characteristic approximation by a power polynomial and a hyperbolic tangent function, they distinguish from the known ones by taking into account the impact of the generator supply modes on generated oscillations form. Results and simulation of experimental research radiomeasuring devices prove theoretically obtained analytical equations.