МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "ЛЭТИ" КАФЕДРА РТЭ Отчет по лабораторной работе № 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ И ОГРАНИЧИТЕЛЯ НА P-I-N ДИОДАХ Выполнили студенты группы 0000: Проверил: Санкт-Петербург 201Х Целью работы является ознакомление с принципами действия переключательных и ограничительных p-i-n диодов, а также схем на их основе и измерение их основных характеристик на СВЧ. Описание измерительной установки Принципиальная схема исследования переключателя на двух p-i-n диодах, представлена на рис. 1. Сигнал от СВЧ генератора 1 через вентиль 2 подается на на p-i-n диоды 3 и 4. Мощность СВЧ-сигнала, протекающего через p-i-n диоды, ослабляется фиксированными (10 дБ) аттенюаторами 5 и 6 и подается на детекторные секции 7 и 8. Приборы постоянного тока 9 и 10 используются для измерения мощностей на выходах левого и правого плеч переключателя. В установке предусмотрена минимизация неидеальности плеч при измерениях характеристик. Напряжение смещения (прямое или обратное) от регулируемого источника питания 11 подается на p-i-n диоды. С помощью ключа 12 осуществляется последовательная коммутация диодов (если на одном из диодов есть напряжение смещения, то на другом оно равно нулю). 9 7 12 0 5 11 12 0 6 8 10 4 3 1 2 Рис. 1 На рис.2.11 представлена принципиальная схема исследования ограничителя. Сигнал от СВЧ-генератора 1 через вентиль 2 и измерительную линию 3 поступает в ограничитель на p-i-n диоде 4, питание которого осуществляется от источника напряжения 5. С выхода ограничителя СВЧ-мощность, ослабленная на 10 Дб фиксированным аттенюатором 6 через детекторную секцию 7 подается на осциллограф 8. Схема позволяет исследовать зависимость времени восстановления обратного сопротивления 𝑡вос , и времени установления прямого напряжения 𝑡вкл в зависимости от длительности и частоты следования импульсов генератора 9. 2 Обработка результатов Таблица 1. Значения для построения графика вольт-амперной характеристики 1-ого диода. U, В I, мA U, В I, мA 0 0 0,8 0 0,1 0 0,9 0,1 0,2 0 1 0,3 0,3 0 1,1 0,9 0,4 0 1,2 1,9 0,5 0 1,3 3,5 0,6 0 1,4 5 0,7 0 1,5 8 Таблица 2. Значения для построения графика вольт-амперной характеристики 2-ого диода. U, В I, мA U, В I, мA 0 0 0,8 0 0,1 0 0,9 0,1 0,2 0 1 0,4 0,3 0 1,1 1 0,4 0 1,2 2,4 1ый диод 0,5 0 1,3 4,5 0,6 0 1,4 7 0,7 0 1,5 10 2ой диод 12 10 8 I,MA 6 4 2 0 0 -2 0.2 0.4 0.6 0.8 1 U,В Рис 2. ВАХ 1-го и 2-го диодов. 3 1.2 1.4 1.6 Зависимости потерь пропускания и запирания от напряжения смещения 1-ый диод: Потери пропускания ∶ 𝐿 = 10𝑙𝑔 P п/п, отн.ед. Р л/п, отн.ед. Uсмещ, В L, отн.ед. 60 30 1 2,174 1,1(Рп. п. +Рл. п. ) 1,1(60 + 30) = 10𝑙𝑔 = 2.17 Рп. п. 60 62 19 1,1 1,575 60 10 1,2 1,083 правое плечо 60 9 1,3 1,021 60 5 1,4 0,762 62 4 1,5 0,685 левое плечо 70 60 P,ОТН.ЕД 50 40 30 20 10 0 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 U,В Рис 3. Зависимости потерь пропускания и запирания от напряжения смещения 1-го диода. 2-ой диод: P п/п, отн.ед. Р л/п, отн.ед. Uсмещ, В L, отн.ед. 30 60 1 5,185 22 66 1,1 6,435 14 70 1,2 8,195 правое плечо 10 72 1,3 9,552 8 74 1,4 10,521 6 74 1,5 11,663 левое плечо 80 70 Р,ОТН ЕД 60 50 40 30 20 10 0 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 U,B Рис 4. Зависимости потерь пропускания и запирания от напряжения смещения 2-го диода. 4 Зависимости потерь пропускания и запирания от частоты: 1-ый диод: f, МГц 900 P л/п, отн.ед. 18 Р п/п, отн.ед. 34 L, отн.ед. 2,259 920 18 40 2,028 940 18 46 1,848 960 12 40 1,553 980 10 42 1,341 1000 10 58 1,105 1050 10 58 1,105 1100 6 64 0,803 1150 4 74 0,643 1180 4 76 0,637 2-ой диод: f, МГц 900 920 940 960 980 1000 1050 1100 1150 1180 P л/п, отн.ед 36 38 44 40 42 48 66 62 72 74 Р п/п, отн.ед 24 20 18 10 8 8 8 4 4 6 L, отн.ед. 4,393 5,038 5,785 7,404 8,373 8,865 10,075 12,589 13,201 11,663 правое плечо левое плечо 80 70 P,ОТН ЕД 60 50 40 30 20 10 0 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 F,МГЦ Рис 5. Зависимости потерь пропускания и запирания от частоты 1-го диода. правое плечо левое плечо 80 70 P,ОТН ЕД 60 50 40 30 20 10 0 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 F,МГЦ Рис 6. Зависимости потерь пропускания и запирания от частоты 2-го диода. 5 Расчет потерь пропускания и потерь запирания переключательного диода Потери пропускания ∶ 𝐿 = 10𝑙𝑔 1,1(Рп. п. +Рл. п. ) 1,1(60 + 30) = 10𝑙𝑔 = 2.17 Рп. п. 60 Диод 1 диод 2 14 12 L,ОТН ЕД 10 8 6 4 2 0 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 U,В Рис 7. Расчетная зависимость потерь пропускания и запирания от напряжения. диод 1 диод 2 14 12 L,ОТН ЕД 10 8 6 4 2 0 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 F MГЦ Рис 8. Расчетная зависимость потерь пропускания и запирания от частоты 6 Построение экспериментальных зависимостей ограничительного диода. Каналы Правый/правый Правый/левый Левый/левый Левый/правый Время рассасывания, tрас, мкс 0,3 0,2 0,5 0,4 Правый/правый Правый/левый 7 Время запаздывания, tзап, мкс 1 1,5 1,4 1,1 Левый/левый Левый/правый Выводы: При росте напряжения смещения на первом диоде, потери мощности в правом плече остаются практически на одном уровне, а для левого плеча убывают, что свидетельствует о малых потерях запирания и больших потерях пропускания. Во втором диоде потери пропускания возрастают, а потери запирания убывают. С ростом частоты потери пропускания растут. 8