МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "ЛЭТИ"

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