Разработка принципиальной схемы и печатной платы СВЧ ГУН и квадратичного детектора в среде P-Cad. Монтаж печатных плат генератора и квадратичного детектора, анализ их характеристик. Метрологические характеристики установленных в устройство СВЧ-блоков.
Аннотация к работе
Вот уже несколько десятилетий в ТГУ разрабатываются приборы для бесконтактного локального экспрессного измерения электрофизических параметров кремния и германия в широкой области температур 80 - 350 К на СВЧ. Выпущен прибор пятого поколения, который удостоен несколькими золотыми медалями на международных выставках. Однако согласно ТУ прибора, температура использования его ограничена узким температурным диапазоном 22 ± 3 . Это связано с недостатками используемого СВЧ блока. Целью дипломной работы является разработка СВЧ блока, характеристики и параметры которого слабо изменяются в области температур от 10 до 40 Исследование характеристик и параметров СВЧ блока. Исследование метрологических характеристик прибора для бесконтактного измерения удельного сопротивления и времени жизни неравновесных носителей заряда в области температур от 10 до 40 . Для этого необходимо решить следующие задачи: 1.Для измерения резонатор на проход с помощью одного из элементов связи подключается к СВЧ-генератору, а к другому элементу подключается СВЧ-детектор с нагрузкой и индикатором напряжения. При этом величина напряжения, регистрируемого индикатором, пропорциональна добротности резонатора с образцом и, следовательно, зависит от удельного сопротивления локального участка исследуемого образца (кремния).Для бесконтактного измерения времени жизни в поликристаллическом германии при комнатных и азотных температурах в данном приборе успешно был применен резонатор на проход с внешним измерительным отверстием, работающий на частоте от 1 до 2 ГГЦ.МПУ, (рисунок 5) в котором расположены блоки питания, блок измерения температуры, блок управления СВЧ генератором и измерения прошедшей через резонатор СВЧ мощности, генератор прямоугольных импульсов для управления накачкой светодиодов. Блок измерения удельного сопротивления и измерения времени жизни полупроводников состоит из СВЧ генератора, СВЧ резонатора, СВЧ детекторной секции, диодных излучателей и МПУ. СВЧ резонатор оснащен механизмом перемещения штыря (рисунок 2) для настройки коэффициента включения, а блок МПУ позволяет измерять прошедшую через резонатор СВЧ мощность, величина которой несет информацию о значении удельного сопротивления образца. СВЧ блок служит для генерации и регистрации СВЧ мощности, прошедшей через СВЧ резонатор и состоит из СВЧ генератора, вентилей и детекторной секции. Блок МПУ предназначен (рисунок 3): - для управления СВЧ генератором и настройки резонатора с образцом на частоту СВЧ генератора и определения на данной частоте прошедшей через резонатор СВЧ мощности.Согласно ТУ (приложение ) данный прибор работает в узком диапазоне температур окружающей среды 22 ± 3 . Это связано с изменением параметров СВЧ блока: - значительное изменение выходной мощности и частоты СВЧ ГУН при температурах (10 - 40 ). Таким образом, для расширения возможности прибора и его эксплуатации в более широком диапазоне температур (10 - 40 ) необходимо разработать новый СВЧ генератор. Так как эксплуатационные параметры СВЧ генератора в приборе тесно связаны с характеристиками СВЧ детектора, для этого необходимо разработать новый СВЧ блок. В данном резонаторе с помощью петель связи регулируется мощность, поступающая с генератора в резонатор и из резонатора к квадратичному детектору. Мощность, поступающая на детектор, определяется параметрами используемого СВЧ диода, коэффициентом включения полупроводника в резонатор и диапазоном удельного сопротивления измеряемых образцов.Генератор, управляемый по частоте напряжением (Voltage Controlled Oscillator - VCO), представляет собой автоколебательную аналоговую схему, которая питается от источника напряжения Ео, снабжена цепью управления частотой напряжением Еу и формирует на внешней нагрузке Rн напряжение u(t). Форма выходного напряжения ГУН близка к гармонической и описывается выражением u(t) = Uo[1 ?(t)]sin[ 2?fгt e(t) ], где Uo - амплитуда; fг - частота; ?(t) - относительные изменения амплитуды (|?(t)| << 1 ); e(t) - отклонения фазы от равномерного во времени закона, |e(t)| << 2 ?. Как правило, активный элемент автогенератора ГУН - транзистор с колебательной системой на LC-элементах, которая создает положительную обратную связь, компенсирующую потери и обеспечивающую генерацию на частоте fг. Элементы L, С1, С2 и варикап VD1 образуют колебательную систему; Др1, Др2 и ДРЗ - блокировочные дроссели; Сбл1, С6л2, Сбл3, Сбл4 - блокировочные конденсаторы; R1 и R2 - цепь формирования отпирающего напряжения транзистора; R3 - резистор ограничения рабочего тока транзистора VT1. В СВЧ диапазоне колебательная система и блокировочные элементы выполняются в виде микрополосковых линий или иных цепей с распределенными параметрами.Основные технические характеристики и параметры ГУН, которые надо учитывать при создании электронной аппаратуры на их основе, можно разделить на три группы: характеристики качества сигнала, характеристики управления частотой и параметры чувствительности к внешним воздействиям. Определяется как мощность на номинальной