Радиоматериалы и основы микроэлектроники (стр. 3 )

Тема 16. ГИРОТРОПНЫЕ СРЕДЫ. ФЕРРИТЫ

Понятие о гиротропных средах. Тензор магнитной проницаемости. Структуры ферритов. Гиромагнитный резонанс. Тензор магнитной проницаемости ферритов. Эффект Фарадея. Невзаимные и управляемые устройства СВЧ на ферритах, в которых используется гиромагнитный резонанс и эффект Фарадея.

Тема 17. ИНТЕГРАЛЫ ДВИЖЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ЭМП, ОБЛАДАЮЩИХ СИММЕТРИЕЙ

Уравнения движения заряженных частиц в ЭМП в форме Лагранжа. Трансляционная симметрия. Азимутальная симметрия. Вращающиеся поля. Бегущие волны. Комбинированные интегралы движения. Роль интегралов движения в анализе и расчетах взаимодействия потоков заряженных частиц с ЭМВ.

Заключение

Особенности распространения СДВ, ДВ, СВ. Земные и ионосферные волны. Суточные изменения условий распространения. Перекрестная модуляция. Особенности распространения КВ. Ограничения рабочего диапазона. Зоны молчания. Замирания. Радиоэхо. Нарушение связи при ионосферных возмущениях. Космическая связь. Рабочий диапазон. Связь с объектами, входящими в плотные слои атмосферы.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Исследование прямоугольных волноводов.

2. Исследование колебаний, , в цилиндрическом резонаторе.

3. Наклонное падение волн горизонтальной и вертикальной

поляризаций на плоскую отражающую поверхность.

4. Дифракция плоской волны на отверстии в поглощающем экране.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1. Расчет и исследование поля электрического и магнитного диполей.

2. Исследование структур сферической и плоской волны.

3. Расчет и исследование полей при наклонном падении плоской волны на границу раздела изотропных сред с потерями.

4. Расчет и исследование структур полей в прямоугольном и круглом волноводах.

5. Расчет коэффициента затухания заданных типов волн в прямоугольном и круглом волноводах.

6. Расчет собственных добротностей резонаторов заданной конфигурации для заданных типов колебаний.

7. Расчет и исследование эффекта Фарадея в круглом волноводе с соосным продольно намагниченным ферритовым стержнем.

ЛИТЕРАТУРА

1. Никольский и распространение радиоволн.- М.: 1973.

2. , Никольская и распространение радиоволн.- М.: Наука, 1989.

3. И, Пименов электродинамика.- М.: Связь, 1971.

4. , , Грудинская и распространение радиоволн.- М.: 1979.

5. Долуханов радиоволн.- М.: Связь, 1972.

6. Черный радиоволн.- М.: Сов. радио, 1972.

7. Вайнштейн волны. - М.: Сов радио, 1957.

8. Вайнштейн волны. - М.: Радио и связь, 1988.

9. Гольдштейн М. В.. Электромагнитные поля и волны.- М.: Сов. радио, 1971.

10. Говорков и магнитные поля. - М.: 1968.

11. Никольский методы для внутренних задач электродинамики.- М.: Наука, 1967.

12. Кураев приборы СВЧ. Методы анализа и оптимизации параметров.- М.: Радио и связь, 1986.

13. Демидчик СВЧ.- Мн.: Университетское, 1992.

14. , Цибизов волноводов.- М.: Наука, 1966.

15. Теория волноводов.- М.: Радио и связь, 1981.

16. Тараненко системы.- Киев: Техника, 1965.

17. ,. Б, Ильин модели и методы оптимального проектирования СВЧ приборов.- Мн.: Наука и техника, 1990.

Утверждена

Министерством образования

Республики Беларусь

« 24 » июня 2001 г.

Регистрационный № ТД - 165 / тип

СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ И КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ

ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ Т.09.01.00 «РАДИОТЕХНИКА»,

Т.09.02.00 «РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ»

Составители:

- доцент кафедры электроники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, кандидат технических наук;

- доцент кафедры электроники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники;

- доцент кафедры электроники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, кандидат технических наук.

Под общей редакцией: .

Рецензенты:

Кафедра электроники Военной академии Республики Беларусь (протокол

№ 12 от 01.01.01 г.);

- начальник отдела , кандидат технических наук.

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электроники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.01 г.);

Советом Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.01 г.).

Согласована с:

Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по образованию в области электрорадиотехники и информатики;

Главным управлением высшего и среднего специального образования;

Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса Республиканский институт высшей школы БГУ.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Сверхвысокочастотные (СВЧ) и квантовые приборы» разработана для студентов специальностей Т.09.01.00 – Радиотехника и Т.09.02.00 – Радиотехнические системы. Она предусматривает базовую подготовку студентов, необходимую для успешного изучения специальных дисциплин и последующего решения производственных и исследовательских задач в соответствии с образовательными стандартами. Целью изучения дисциплины является подготовка студентов к решению задач, связанных с рациональным выбором приборов, их режима работы в различных радиотехнических устройствах и системах.

Программа составлена в соответствии с требованиями образовательных стандартов, и рассчитана на объем 51 учебный час. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 34 часа, лабораторных работ – 17 часов.

В результате изучения курса «Сверхвысокочастотные и квантовые приборы» студент должен:

знать:

– физические основы явлений и принципов действия электронных и квантовых приборов СВЧ, их устройство, параметры и характеристики;

– схемы включения источников питания;

– условия безопасной работы с электронными и квантовыми приборами СВЧ;

– условные обозначения электронных и квантовых приборов СВЧ;

уметь:

– использовать полученные знания для правильного выбора прибора;

– находить параметры приборов по их характеристикам;

- определять влияние режимов работы на параметры приборов;

приобрести навыки работы:

– с приборами и аппаратурой, используемой для исследования характеристик и измерения параметров приборов;

– с технической литературой, справочниками, стандартами, технической документацией по СВЧ и квантовым приборам.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ СВЧ ДИАПАЗОНА

ВВЕДЕНИЕ

Особенности диапазона сверхвысоких частот и оптического диапазона, их роль в развитии радиоэлектроники. Деление СВЧ диапазона на поддиапазоны. Краткий исторический очерк отечественной и зарубежной электроники СВЧ и квантовой электроники. Значение дисциплины как одной из базовых и ее связь с другими дисциплинами. Определение понятий «электронные СВЧ приборы» и «квантовые приборы». Области применения СВЧ приборов и квантовых приборов СВЧ и оптического диапазонов. Классификация электронных и квантовых приборов СВЧ и оптического диапазонов. Основные параметры электронных приборов СВЧ: коэффициент усиления, ширина полосы пропускания, коэффициент полезного действия (КПД), коэффициент шума, диапазон перестройки, спектральная плотность флуктуации амплитуды, частоты и фазы и др. Особенности устройства электронных СВЧ приборов: единство электронной и колебательной систем, применение полых электродинамических колебательных систем, использование времени пролета электронов. Особенности динамического управления электронным потоком: группирование электронов, их взаимодействие с переменным электрическим полем.

Тема 1. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ СВЧ ДИАПАЗОНА

Особенности работы электронных ламп со статическим управлением электронным потоком в СВЧ диапазоне. Понятие о полном токе. Влияние инерционных свойств электронного потока на работу электронных ламп. Влияние на параметры ламп СВЧ диапазона междуэлектродных емкостей и индуктивностей выводов. Особенности конструкции электронных ламп СВЧ диапазона. Мощные электронные лампы СВЧ диапазона. Области применения электронных ламп СВЧ диапазона.

Тема 2. КЛИСТРОНЫ

2.1. Пролетные клистроны. Двухрезонаторный усилительный клистрон и его устройство. Принцип действия двухрезонаторного усилительного клистрона: модуляция электронов по скорости (коэффициент эффективности электронного взаимодействия), группирование электронов в сгустки (влияние параметра группирования на конвекционный ток), энергетическое взаимодействие электронных сгустков с переменным электрическим полем выходного резонатора; пространственно-временная диаграмма (ПВД). Параметры и характеристики двухрезонаторного пролетного клистрона: выходная мощность, электронный КПД, коэффициент усиления, амплитудная и амплитудно-частотная характеристики. Двухрезонаторный пролетный клистрон в автогенераторном режиме: условия самовозбуждения, баланс амплитуд и баланс фаз, пусковой ток, электронная перестройка частоты. Умножители частоты на пролетных клистронах: устройство, принцип действия и параметры. Многорезонаторный усилительный клистрон, его устройство и принцип действия; особенности процесса группирования электронов, влияния настройки промежуточного резонатора; параметры и характеристики: выходная мощность, коэффициент усиления, полоса рабочих частот, электронный КПД, амплитудная и амплитудно-частотная характеристики. Области применения пролетных клистронов.

2.2. Отражательный клистрон. Его устройство и принцип действия, ПВД. Условие самовозбуждения; зоны генерации колебаний. Механическая и электронная перестройка частоты, крутизна электронной перестройки отражательных клистронов. Области применения.

Тема 3. ЛАМПА БЕГУЩЕЙ И ОБРАТНОЙ ВОЛНЫ ТИПА «О»

3.1. Лампа бегущей волны типа «О» (ЛБВО). Особенности и преимущества приборов с длительным взаимодействием. Условие синхронизма. Замедляющие системы (ЗС). Коэффициент замедления. Понятие о пространственных гармониках. Дисперсия ЗС. Сопротивление связи. Устройство ЛБВО, принцип действия; энергетическое взаимодействие электронов с бегущей волной. Основные параметры и характеристики ЛБВО: коэффициент усиления, КПД, амплитудная, амплитудно-частотная и фазовая характеристики, шумовые параметры. Особенности конструкции и области применения ЛБВО.

3.2. Лампа обратной волны типа «О» (ЛОВО). Устройство и принцип действия. Баланс амплитуд и фаз. Параметры и характеристики: пусковой ток, электронная перестройка частоты и крутизна электронной перестройки, выходная мощность, КПД. Области применения ЛОВО.

Тема 4. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ ТИПА «М»

4.1. Физические основы работы электронных приборов типа «М». Движение электронов в скрещенных однородных электрическом и магнитном полях; парабола критического режима. Взаимодействие электронов с неоднородным СВЧ электрическим полем: влияние продольной и поперечной составляющих поля. Энергетическое взаимодействие электронов с волной. Условие синхронизма.

4.2. Многорезонаторные магнетроны. Конструкция, принцип действия. Амплитудное и фазовое условия самовозбуждения магнетрона. Резонансные свойства кольцевой замедляющей системы. Параметры магнетронов: выходная мощность, рабочая частота, электронный КПД, электронное смещение частоты. Разновидности магнетронов, их особенности. Области применения многорезонаторных магнетронов.

4.3. Лампа бегущей волны типа «М» (ЛБВМ). Устройство и принцип действия; параметры и характеристики: коэффициент усиления, амплитудная характеристика, электронный КПД, полоса рабочих частот, коэффициент шума; области применения ЛБВМ.

4.4. Лампа обратной волны типа «М» (ЛОВМ). Устройство и принцип действия; особенности электронной перестройки частоты параметры и характеристики: выходная мощность, электронный КПД; области применения ЛОВМ.

4.5. Амплитрон, стабилотрон. Устройство, принцип действия; параметры и характеристики. Области применения.

4.6. Сравнительная оценка различных электровакуумных СВЧ приборов. Преимущественные области их применения и перспективы развития.

Раздел 2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ СВЧ ДИАПАЗОНА

Тема 5. СВЧ ДИОДЫ

5.1. Детекторные СВЧ диоды. Эквивалентная схема детекторного диода и система параметров. Параметры, характеризующие детектирование. Шумы детекторных СВЧ диодов. Методы измерения электрических параметров. Применение детекторных СВЧ диодов. Согласование диода с СВЧ трактом. Детектирование СВЧ сигналов. Волноводные и интегральные конструкции диодных детекторов СВЧ сигналов.

5.2. Смесительные СВЧ диоды. Эквивалентная схема и параметры смесительных диодов, методы измерения электрических параметров. Применение смесительных СВЧ диодов. Работа смесительного СВЧ диода в супергетеродинном приемнике. Конструкции диодных СВЧ смесителей в волноводном и интегральном исполнении.

5.3. Параметрические СВЧ диоды. Система электрических параметров и методы их измерения. Принцип действия параметрических усилителей СВЧ на полупроводниковых диодах.

5.4. Умножительные и настроечные СВЧ диоды. Разновидности умножительных СВЧ диодов. Электрические параметры умножительных и настроечных СВЧ диодов и методы их измерения. Умножение частоты СВЧ сигналов с помощью полупроводниковых диодов. Конструктивные особенности диодных СВЧ умножителей частоты в волноводном и интегральном исполнении.

5.5. Переключательные и ограничительные СВЧ диоды. Принцип действия переключательных СВЧ диодов. Устройство переключательных диодов. Система электрических параметров и методы их измерений. Применение переключательных и ограничительных СВЧ диодов.

5.6. Лавинно-пролетный диод (ЛПД). Устройство. Основные физические процессы в ЛПД: в пролетном режиме и режиме с захваченной плазмой. Эквивалентная схема, параметры и характеристики ЛПД, области применения. Конструкции и эквивалентные схемы СВЧ генераторов на ЛПД.

5.7. Диоды с объемной неустойчивостью (диоды Ганна). Физические процессы в двухдолинных полупроводниках, формирование домена сильного поля; форма тока; различные режимы работы ДГ. Особенности конструкции, эквивалентная схема и основные параметры ДГ, области применения. Конструкции и эквивалентные схемы генераторов на ДГ.

Тема 6. СВЧ ТРАНЗИСТОРЫ

6.1. Биполярные СВЧ транзисторы. Особенности конструкции, эквивалентные схемы, характеристики и параметры, области применения.

6.2. Полевые СВЧ транзисторы. Особенности конструкции, эквивалентные схемы, характеристики и параметры, области применения.

6.3. Транзисторные усилители СВЧ. Бесструктурная модель СВЧ транзистора – четырехполюсник, описанный матрицей рассеяния (система S-параметров). Устойчивость транзисторных усилителей СВЧ. Расчет узкополосных усилителей графоаналитическим методом. Особенности построения транзисторных усилителей СВЧ. Практические схемы транзисторных усилителей.

6.4. Автогенераторы на полевых и биполярных транзисторах. Особенности построения транзисторных генераторов СВЧ. Практические схемы транзисторных генераторов.

6.5. Сравнительная оценка различных полупроводниковых СВЧ приборов. Преимущественные области их применения. Перспективы развития полупроводниковых СВЧ приборов миллиметрового диапазона.

Раздел 3. КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ СВЧ И ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА

Тема 7. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КВАНТОВЫХ ПРИБОРОВ

Энергетические спектры атомов, молекул и твердых тел. Нормальное и возбужденное состояние системы; понятие о спонтанных переходах и спонтанном излучении. Метастабильное состояние, среднее время жизни частиц. Понятие об индуцированном (вынужденном) излучении и поглощении. Соотношения Эйнштейна. Понятие об инверсии населенностей. Методы создания инверсии населенностей. Спектральные свойства активной среды, ширина спектральной линии, причины ее уширения.

Тема 8. КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ (МАЗЕРЫ)

Особенности квантовых СВЧ приборов. Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). Квантовые парамагнитные усилители (КПУ), их устройство; особенности колебательных систем. Параметры и характеристики КПУ.

Тема 9. КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА

Функциональная схема оптического квантового генератора (лазера). Условия генерации. Оптический резонатор, его устройство, типы колебаний. Спектр излучения лазера. Свойства излучения лазера. КПД лазеров. Газовые лазеры. Особенности создания инверсии населенностей в газовом разряде. Гелий-неоновый атомарный лазер, его устройство, энергетическая диаграмма. Ионные лазеры, устройство, особенности принципа действия, основные параметры. Лазер на молекулах СО2, его устройство, принцип работы, параметры. Жидкостные лазеры, устройство и принцип действия. Лазеры на твердом теле, материалы, особенности энергетических диаграмм. Режим модулированной добротности. Полупроводниковые лазеры, их особенности, материалы. Инжекционный лазер на p-n переходе, энергетическая диаграмма, особенности физических процессов; основные параметры и характеристики. Инжекционные лазеры на гетеропереходах. Основные методы модуляции оптического излучения.

Сравнительная оценка квантовых приборов различных типов, области их применения. Перспективы развития электронных и квантовых приборов.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Исследование характеристик и параметров генератора на отражательном клистроне.

2. Исследование характеристик и параметров усилителя на пролетном клистроне.

3. Исследование характеристик и параметров усилителя на ЛБВ.

4. Исследование характеристик и параметров генератора на ЛОВ.

5. Исследование характеристик и параметров генератора на многорезонаторном магнетроне.

6. Исследование характеристик и параметров детекторного и смесительного диодов СВЧ.

7. Исследование характеристик и параметров умножителя частоты на варакторном диоде.

8. Исследование характеристик и параметров генератора на ЛПД.

9. Исследование характеристик и параметров генератора на ДГ.

10. Исследование характеристик и параметров усилителя на биполярном СВЧ транзисторе.

11. Исследование характеристик и параметров усилителя на полевом СВЧ транзисторе.

12. Исследование характеристик и параметров генератора на полевом СВЧ транзисторе.

13. Исследование характеристик и параметров газового лазера.

14. Исследование характеристик и параметров полупроводникового лазера.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника / Под ред. . – М.: Радио и связь, 1998.

2. , Федоров и квантовые приборы СВЧ. – М.: Радио и связь, 1981.

3. Электронные приборы СВЧ / , В.С. Буряк и др. – М.: Высш. шк., 1985.

4. Микроэлектронные устройства СВЧ / , , и др.; Под ред. . – М.: Высш. шк., 1988.

5. , Горбачев сверхвысокочастотные диоды. – М.: Радио и связь, 1983.

6. Твердотельные устройства СВЧ в технике связи / , , . – М.: Радио и связь, 1988.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. Лебедев и приборы СВЧ. Т. 2. Электровакуумные приборы СВЧ. – М.: Высш. шк., 1972.

2. Кукарин приборы СВЧ. Характеристики, применение, тенденции развития. – М.: Радио и связь, 1981.

3. Царапкин СВЧ на диодах Ганна. – М.: Радио и связь, 1982.

4. , Данюшевский генераторы и усилители СВЧ. – М.: Радио и связь, 1986.

5. Шур М. Современные приборы на основе арсенида галлия. – М.: Мир, 1988.

6. Полевые транзисторы на арсениде галлия. Принципы работы и технология изготовления / Под ред. Д. В. Ди Лоренцо, . – М.: Радио и связь, 1988.

7. Карлов по квантовой электронике. – М.: Наука, 1983.

УТВЕРЖДЕНА

Министерством образования

Республики Беларусь

16.01.2006.

Регистрационный № ТД-I.009/тип.

ЭЛЕКТРОННЫЕ, СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ

И КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальностям: IРадиотехника, IРадиоэлектронные системы, IРадиоинформатика, IРадиоэлектронная защита информации

СОСТАВИТЕЛИ:

, заведующий кафедрой электроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук;

, доцент кафедры электроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук;

, старший преподаватель кафедры электроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»;

Под общей редакцией:

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Кафедра электроники Военной Академии Республики Беларусь (протокол от 01.01.2001.);

, начальник отдела научно-исследовательский приборостроительный институт», кандидат технических наук

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ ТИПОВОЙ:

Кафедрой электроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001.);

Научно-методическим советом Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001.)

СОГЛАСОВАНА С:

Председателем Учебно-методического объединения вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники;

Начальником Управления высшего и среднего специального образования Министерства образования Республики Беларусь;

Первым проректором Государственного учреждения образования «Республиканский институт высшей школы»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Электронные, сверхвысокочастотные и квантовые приборы» разработана для специальностей IРадиотехника, IРадиоэлектронные системы, IРадиоинформатика, IРадиоэлектронная защита информации и обеспечивает базовую подготовку студентов, необходимую для успешного изучения специальных дисциплин и последующего решения производственных и исследовательских задач в соответствии с образовательными стандартами. Целью изучения дисциплины является подготовка студентов к решению задач, связанных с рациональным выбором электронных приборов, их режимов работы и схем включения в различных устройствах.

Изучение дисциплины «Электронные, сверхвысокочастотные и квантовые приборы» должно опираться на содержание следующих дисциплин: «Высшая математика» (дифференциальное и интегральное исчисление, дифференциальные уравнения, функции комплексной переменной); «Физика» (электричество, магнетизм, электромагнитные волны, квантовая физика, физика твердого тела), «Электротехника» (теория линейных и нелинейных электрических цепей).

Программа составлена в соответствии с требованиями образовательных стандартов и рассчитана на объем 86 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 52 часа, лабораторных занятий – 34 часа.

В результате изучения курса «Электронные, сверхвысокочастотные и квантовые приборы» студент должен:

знать:

– физические основы явлений, принципы действия, устройство, параметры, характеристики электронных, сверхвысокочастотных и квантовых приборов и элементов микроэлектроники и их различных моделей, используемых при анализе и синтезе радиоэлектронных устройств;

– современное состояние и перспективы развития электронных, сверхвысокочастотных и квантовых приборов;

уметь:

– использовать полученные знания для правильного выбора электронного прибора и задания его рабочего режима по постоянному току;

– находить параметры приборов по их характеристикам;

– определять влияние режимов и условий эксплуатации на параметры приборов;

приобрести навыки работы:

– с электронными приборами и аппаратурой, используемой для исследования характеристик и измерения параметров приборов;

– с технической литературой, справочниками, стандартами, технической документацией по электронным приборам.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Определение термина «Электронные приборы». Классификация электронных приборов по характеру рабочей среды (вакуум, разреженный газ, твердое тело), принципу действия и диапазону рабочих частот. Основные свойства и особенности электронных приборов.

Краткий исторический очерк развития отечественной и зарубежной электронной техники. Роль электронных приборов в радиоэлектронике, телекоммуникационных системах, вычислительных комплексах и других областях науки и техники. Значение курса как одной из базовых дисциплин по радиотехническим специальностям.

Тема 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Свойства полупроводников. Основные материалы полупроводниковой электроники (кремний, германий, арсенид галлия, нитрид галлия), их основные электрофизические параметры. Процессы образования свободных носителей заряда.

Концентрация свободных носителей в собственном и примесном полупроводниках, ее зависимость от температуры. Время жизни и диффузионная длина носителей. Уровень Ферми, его зависимость от температуры и концентрации примесей.

Кинетические процессы в полупроводниках. Тепловое движение и его средняя скорость. Дрейфовое движение, подвижность носителей заряда и ее зависимость от температуры и концентрации примесей. Плотность дрейфового тока, удельная проводимость полупроводников и ее зависимость от температуры и концентрации примесей. Движение носителей в сильных электрических полях, зависимость дрейфовой скорости от напряженности электрического поля. Диффузионное движение носителей, коэффициент диффузии, плотность диффузионного тока. Соотношение Эйнштейна. Появление электрического поля в полупроводнике при неравномерном распределении примесей.

Физические процессы у поверхности полупроводника. Поверхностные энергетические состояния, особенности движения носителей вблизи поверхности, поверхностная рекомбинация. Полупроводник во внешнем электрическом поле, длина экранирования. Обедненный, обогащенный и инверсионный слои.

Контактные явления в полупроводниках. Физические процессы в электронно-дырочном переходе. Образование обедненного слоя, условие равновесия. Уравнение Пуассона. Энергетическая диаграмма, распределение потенциала, напряженности электрического поля и объемного заряда в переходе. Высота потенциального барьера и ширина перехода.

Электронно-дырочный переход при подаче внешнего напряжения. Инжекция и экстракция носителей заряда. Особенности несимметричного перехода.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) идеализированного электронно-дырочного перехода. Распределение неравновесных носителей. Тепловой ток, его зависимость от ширины запрещенной зоны, концентрации примесей и температуры. Математическая модель и параметры идеализированного p-n-перехода: статическое и дифференциальное сопротивление, барьерная и диффузионная емкости перехода, их зависимость от приложенного напряжения. Пробой p-n-перехода. Виды пробоя.

Контакт металл-полупроводник. Выпрямляющий и невыпрямляющий (омический) контакты.

Гетеропереходы. Энергетические диаграммы. Особенности физических процессов. Особенности ВАХ.

Тема 2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

Классификация полупроводниковых диодов по технологии изготовления, мощности, частоте и функциональному применению: выпрямительные, стабилитроны, варикапы, импульсные диоды, диоды с накоплением заряда, диоды Шотки, туннельные и обращенные диоды. Принцип работы, характеристики, параметры, схемы включения. Система обозначения полупроводниковых диодов. Влияние температуры на ВАХ.

Тема 3. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Устройство биполярного транзистора (БТ). Схемы включения. Основные режимы: активный, отсечки, насыщения, инверсный. Принцип действия транзистора: физические процессы в эмиттерном переходе, базе и коллекторном переходе; распределение неосновных носителей в базе при различных режимах. Эффект модуляции ширины базы. Токи в транзисторе; коэффициенты передачи тока в схемах с общей базой (ОБ) и общим эмиттером (ОЭ).

Физические параметры транзистора: коэффициент передачи тока, дифференциальные сопротивления и емкости переходов, объемные сопротивления областей.

Статические характеристики транзистора. Модель идеализированного транзистора (модель Эберса-Молла). Характеристики реального транзистора в схемах с ОБ и ОЭ. Влияние температуры на характеристики транзистора.

Транзистор как линейный четырехполюсник. Понятие малого сигнала. Системы Z-, Y-, H - параметров и схемы замещения транзистора. Связь H-параметров с физическими параметрами транзистора. Определение H-параметров по статическим характеристикам. Зависимость H-параметров от режима работы и температуры. Т - и П-образные эквивалентные схемы транзисторов.

Работа транзистора с нагрузкой. Построение нагрузочной прямой. Принцип усиления.

Особенности работы транзистора на высоких частотах. Физические процессы, определяющие частотные параметры транзистора. Предельная и граничная частоты, эквивалентная схема транзистора на высоких частотах. Способы повышения рабочей частоты БТ.

Работа транзистора в импульсном режиме. Физические процессы накопления и рассасывания носителей заряда. Импульсные параметры транзистора.

Разновидности и перспективы развития БТ.

Тема 4. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Полевой транзистор (ПТ) с управляющим p-n-переходом. Устройство, схемы включения. Принцип действия, физические процессы, влияние напряжений электродов на ширину p-n-перехода и форму канала. Статические характеристики, области отсечки, насыщения и пробоя p-n-перехода.

ПТ с барьером Шотки. Устройство, принцип действия. Характеристики и параметры.

ПТ с изолированным затвором. МДП-транзисторы со встроенным и индуцированным каналами. Устройство, схемы включения. Режимы обеднения и обогащения в транзисторе со встроенным каналом и его статические характеристики.

ПТ как линейный четырехполюсник. Система у-параметров полевых транзисторов и их связь с физическими параметрами. Влияние температуры на характеристики и параметры ПТ.

Работа ПТ на высоких частотах и в импульсном режиме. Факторы, определяющие частотные свойства. Предельная частота. Эквивалентная схема на высоких частотах. Области применения ПТ. Сравнение полевых и биполярных транзисторов. Перспективы развития и применения ПТ.

Тема 5. ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИЕ ПРИБОРЫ

Устройство, принцип действия, ВАХ, разновидности тиристоров, диодные тиристоры, триодные тиристоры, симисторы, области применения. Параметры и система обозначения переключающих приборов.

Тема 6. ЭЛЕМЕНТЫ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

Общие сведения о микроэлектронике. Классификация компонентов электронной аппаратуры и элементов гибридных микросхем. Пассивные дискретные компоненты электронных устройств (резисторы, конденсаторы, индуктивности). Назначение, физические основы работы, параметры, системы обозначения. Пассивные элементы интегральных микросхем: резисторы, конденсаторы. Биполярные транзисторы в интегральном исполнении, транзисторы с барьером Шотки, многоэмиттерные транзисторы. Диоды полупроводниковых ИМС. Биполярные транзисторы с инжекционным питанием. Полупроводниковые приборы с зарядовой связью (ПЗС). Применение ПЗС. Параметры элементов ПЗС.

Тема 7. КОМПОНЕНТЫ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

Определение оптического диапазона электромагнитных колебаний. Классификация оптоэлектронных полупроводниковых приборов. Электролюминесценция. Основные типы полупроводниковых излучателей: некогерентные и когерентные полупроводниковые излучатели. Светодиоды, устройство, принцип действия, характеристики, параметры. Основные материалы, применяемые для изготовления светодиодов. Достижения в разработке светодиодов.

Полупроводниковые приемники излучения: фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры. Принцип работы, характеристики, параметры.

Устройство оптронов, основные типы оптронов: резисторные, диодные, транзисторные и тиристорные. Классификация, принцип действия, входные и выходные параметры оптронов.

Тема 10. ЭЛЕКТРОННО-УПРАВЛЯЕМЫЕ ЛАМПЫ

Электронная эмиссия. Виды эмиссии. Катоды электровакуумных приборов, основные типы катодов. Прохождение тока в вакууме, ток переноса, ток смещения, полный ток. Понятие о наведенном токе.

Вакуумный диод. Принцип действия. Понятие об объемном заряде. Режим насыщения и режим ограничения тока объемным зарядом. Идеализированная и реальная анодные характеристики диода. Статические параметры. Основные типы диодов, области применения.

Трехэлектродная лампа. Устройство, роль сетки в триоде. Понятие о действующем напряжении и проницаемости сетки. Токораспределение в триоде. Статические характеристики триода. Статические параметры и определение их по характеристикам. Междуэлектродные емкости. Режим работы триода с нагрузкой, нагрузочные характеристики, параметры режима работы с нагрузкой.

Тетроды и пентоды. Роль сеток. Действующее напряжение. Токораспределение. Статические характеристики и параметры многоэлектродных ламп; междуэлектродные емкости. Эквивалентные схемы электронных ламп на низких и высоких частотах.

Мощные генераторные и модуляторные лампы.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13