ГЕНЕРАТОР СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ с ОПТИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ

February 14, 2013 by admin Комментировать »

Осадчук В. С., Осадчук А. В. Винницкий национальный технический университет Хмельницкое шоссе, 95, Винница, 21021, Украина тел.: (0432) 59-84-81, e-mail: osadchuk69@mail.ru

Аннотация- Представлены исследования характеристик сверхвысокочастотного генератора на основе транзисторной структуры, состоящей из биполярных транзисторов одного типа проводимости. Показана возможность как оптической, так и электрической регулировки частоты генерации.

I.                                       Введение

Расширение диапазона перестройки частоты генерации автогенераторов сверхвысоких частот является одной из важнейших задач при их проектировании. Одним из путей решения этой задачи является изменение эквивалентной емкости колебательного контура СВЧ генератора и динамического отрицательного сопротивления, компенсирующего потери энергии в контуре. Изменение этих параметров возможно при помощи действия оптического излучения на фоточувствительный диод, вкпюченный в цепь обратной положительной связи автогенератора. Такой подход можно реализовать в автогенераторных устройствах, построенных на использовании динамического отрицательного сопротивления и реактивных свойств биполярных транзисторных структур, что позволяет упростить схемы автогенераторов, повысить мощность выходного сигнала, расширить диапазон перестройки частоты генерации и реализовать их по интегральной технологии [1, 2, 3]. В работе представлены исследования зависимости частоты генерации, как от воздействия мощности оптического излучения, так и электрического режима.

II.                    Математическая модель

На рис.1 представлена схема автогенератора. Она представляет собой гибридную интегральную схему, состоящую из трех биполярных транзисторов, трех резисторов, емкости, индуктивности и фоточув- ствительного диода. Такая схема реализует автогенератор сверхвысоких частот с оптической регулировкой частоты генерации. Колебательный контур состоит из индуктивности L1 и эквивалентной емкости полного сопротивления, существующего на электродах коллектора и эмиттера биполярного транзистора VT2.

Рис. 1. Электрическая схема автогенератора. Fig. 1. Ап electric circuit of the oscillator

Резисторы R1-R3 осуществляют режим электрического питания устройства от источника постоянного напряжения U1. Фоточувствительный диод VD1 вкпючен в цепь положительной обратной связи

автогенератора. При воздействии оптического излучения на фоточувствительный диод VD1 изменяется его полное сопротивление, которое вызывает изменение эквивалентной емкости колебательного контура и динамического отрицательного сопротивление, что приводит к изменению частоты генерации. Биполярный транзистор VT3 с закороченным р-п переходом коллектор-база и резистор R3 обеспечивают термостабилизацию работы автогенератора. Емкость С1           является               блокировочной  и             защищает        источник постоянного                    напряжения      U1        от            действия

сверхвысокочастотных колебаний.

Условиями возникновения гармонических колебаний в автогенераторе являются:

ImZ=0                                                                                       (1)

ReZ<0                                                                                      (2)

где Z – полное сопротивление на зажимах коллектор- эмиттер биполярного транзистора VT2. Полное сопротивление Z , активная составляющая которого имеет отрицательное сопротивление, определяется из нелинейной эквивалентной схемы устройства, на основании решения системы уравнений Кирхгофа. Система уравнений Кирхгофа рассчитывается в вычислительной среде «Matlab 6.5» на персональном компьютере. Параметры эквивалентной схемы автогенератора, необходимые для расчета, взяты из работы [4].

Из условия (1) определяется частота генерации, которая зависит от действия мощности оптического излучения Р

где               -активная     составляющая полного сопро

тивления на зажимах коллектор-эмиттер биполярного транзистора VT2, которая имеет отрицательное значение; С(Р)-эквивалентная емкость колебательного контура автогенератора; I-индуктивность контура. Чувствительность устройства, которая определяет скорость изменения частоты генерации от мощности оптического излучения, определяется из формулы (3)

III.        Экспериментальные исследования

На рис.2 представлены зависимости частоты генерации от мощности оптического излучения при разных напряжениях питания. Как видно из графика, изменение мощности оптического излучения от О до 120 мкВт/см^ приводит к изменению частоты генерации на 70 МГц при напряжении питания 5 В.

Рис. 2. Зависимости частоты генерации от мощности оптического излучения.

Fig. 2. Dependences of generation frequency vs. power of optical radiation

Ha рис.З представлена зависимость частоты генерации от изменения постоянного напряжения источника U1. Изменение напряжения от 4,0 В до 5,0 В позволяет регулировать частоту от 895 МГц до 950 МГц.

Рис. 3. Зависимость частоты генерации от изменения напряжения питания.

Fig. 3. Dependence of generation frequency \/s. a supply variation

Изменение чувствительности устройства от мощности падающего оптического излучения приведено на рис.4. Как видно из графика, наибольшая чувствительность составляет 1,15 МГц/мкВт/см^и лежит в диапазоне от 5 мкВт/см^до 60 мкВт/см^.

Рис. 4. Зависимость чувствительности от мощности оптического излучения.

Fig. 4. Dependence of sensitivity vs. power of optical radiation

IV.                                  Исполнение

Автогенератор выполнен в виде гибридной интегральной схемы на основе стандартного технологического процесса. Кристаллы транзисторов разварены на микрополосковую плату из поликора на титановом основании. Размер поликоровой платы 10×10 мм. Автогенератор обеспечивает выходное напряжение от 0,8 В до 2,8 В в диапазоне частот от

0,    1 до 2 ГГц. Устройство потребляет ток 2,5 мА при напряжении питания 5 В.

V.                                   Заключение

Предложена гибридная интегральная схема сверхвысокочастотного автогенератора на основе трех биполярных транзисторов, исследования которой показали возможность регулирования частоты генерации как при помощи оптического излучения, так и изменением напряжения питания, при этом оптическая перестройка частоты генерации составляет 70 МГц, а электрическая – 55 МГц.

VI.                           Список литературы

[1]  ОсадчукВ. С., Осадчук О. В., Вербицький В. Г. Температуры! та оптичн! м1кроелектронн1 частотн! перетворювач! -В|нниця: УН1ВЕРСУМ-В|нниця, 2001. -196с.

[2]  Осадчук В. С., Осадчук О. В. Реактивн! властивост! тран- зистор!в i транзисторних схем. – В1нниця: «УН1ВЕРСУМ – В|нниця», 1999. – 275 с.

[3]  Пат. № 44001 А Украти, МКИ Н01L 27/14 М|кроелект- ронний оптичний давач / Осадчук В. С., Осадчук

О. В. Бюл.№ 1,2002.

[4]  Разевиг В. Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DesignLab 8.0. – М.: Солон-Р, 2000. – 698 с.

THE AUTOMATIC GENERATOR OF SUPER-HIGH FREQUENCIES WITH OPTICAL CONTROL

OsadchukV. S., OsadchukA. V.

Vinnitsa National Technical University 95, Khmelnitskiy highway, Vinnitsa, 21021, Ukraine Ph.: (0432) 59-84-81. e-mail: osadchuk69@mail.ru

Abstract – The investigations of characteristics of the su- perhigh frequency oscillator are represented on the basis of transistor structure consisting of bipolar transistors of one type of admittance. The opportunity, both optical, and electric frequency control of generation, is shown.

The expansion of a tuning frequency range of generation of self-excited oscillators of superhigh frequencies is one of major problems at their design. One of paths of the decision of this problem is the variation of equivalent capacity of a tuning circuit of UHF of the oscillator and dynamic negative resistance canceling power losses in the tuning circuit. The variation of these parameters is possible through action of optical radiation on a photosensitive diode switched on in a circuit of backward positive communication of the self-excited oscillator.

On Fig.1 the circuit of the self-excited oscillator is represented. It represents a hybrid integrated circuit consisting of three bipolar transistors, three resistors, capacity, inductance and photosensitive diode. Such circuit implements the self-excited oscillator of superhigh frequencies with optical frequency control of generation. The tuning circuit consists of inductance LI and equivalent capacity of a complete resistance existing on electrodes of a collector and the emitter of the bipolar transistor VT2.

The variation of power of optical radiation from 0 up to 120 uWt/cm^ reduces in a frequency change of generation on 70 MHz at supply voltage of 5 V. The greatest sensitivity makes 1.15 MHz/uWt/cm^and lays in a range from 5uWt/cm^up to 60 uWt/cm^.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты