Размещено на http://www.allbest.ru/

ВІННИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Спеціальність 05.13.05 - Елементи та пристрої обчислювальної техніки

та систем керування

УДК 621.3.016.35;621.3.088.3

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

АВТОРЕФЕРАТ

НЕЛІНІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ КОМБІНОВАНИХ ТРАНЗИСТОРНИХ НЕГАТРОНІВ ТА ПРИСТРОЇ АВТОМАТИКИ НА ЇХ ОСНОВІ

ВОЙЦЕХОВСЬКА ОЛЕНА ВАЛЕРІЇВНА

Вінниця - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Вінницькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Філинюк Микола Антонович,

Вінницький національний технічний університет, завідувач кафедри проектування комп'ютерної та телекомунікаційної апаратури

Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор Квєтний Роман Наумович,

Вінницький національний технічний університет, завідувач кафедри автоматики та інформаційно-вимірювальної техніки доктор технічних наук, професор Самотий Володимир Васильович,

Національний університет “Львівська політехніка”, професор кафедри комп'ютеризованих систем автоматики

Захист відбудеться "05" 10 2007р. о 12-30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 05.052.01 у Вінницькому національному технічному університеті за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95, ГУК, к. 210.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Вінницького національного технічного університету за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

Автореферат розісланий "04" 09 2007р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради С.М. Захарченко

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА

Актуальність теми. Сучасні досягнення в області комп'ютерної техніки та автоматики в значній мірі визначені розвитком елементної бази, яка використовує в якості носія інформації відеоімпульсні сигнали. Однак на початковому етапі паралельно створювалась елементна база та теорія побудови інформаційних пристроїв, яка базується на використанні гармонійних сигналів. В широко відомих роботах М.С. Неймана, В.П. Сигорського, К.Г. Кнорре, В.М. Тузова, Ю.Л. Іваськіва, Г.І. Шура, А.С. Вінницького, О.А. Молчанова, М.А. Ракова та ін. наведені певні переваги таких систем обробки інформації. Однак відсутність на момент написання цих робіт мікроелектронної високочастотної елементної бази не дозволила широко реалізувати ці переваги.

Розвиток мікроелектронної елементної бази НВЧ діапазону відкрив нові можливості створення радіочастотної елементної бази для систем автоматики та обчислювальної техніки. Одним із напрямків її побудови є використання різних видів негатронів, які можуть працювати на частотах в декілька десятків гігагерц, а потенціально і на частотах в декілька сотень гігагерц. Значний вклад в розвиток цього напрямку внесли О.В. Лосєв, У. Шоклі (W. Shockle), Ганн (I.B. Gunn), Л. Есакі (L. Esaki), С.О. Гаряінов, І.Д. Абезгауз, Ф. Бенінг (F. Bening), В.П. Дьяконов, А.С. Тагер, Л.М. Степанова, О.М. Негоденко, Ф.Д. Касимов, В.С. Осадчук, О.В. Осадчук, В.М. Кичак, П.А. Молчанов, В. Рід (W.T. Read), Діл (H. Dill), В.І. Стафеєв, М.А. Філинюк та ін.

Аналіз функціональних та технологічних можливостей різних видів негатронів показав, що при створенні інформаційних елементів та пристроїв автоматики значні переваги мають комбіновані транзисторні негатрони, так як при їх виготовленні відсутня необхідність висувати жорсткі технологічні вимоги до напівпровідникової структури. Крім того, вони дозволяють забезпечити більш високу температурну та режимну стабільність параметрів пристроїв на їх основі.

Однак більшість досліджень в цьому напрямку базуються на використанні лінійних властивостей негатронів та в значно меншій степені - їх нелінійних властивостей. Це відноситься і до теоретичної бази проектування таких пристроїв. В зв'язку з цим дослідження нелінійних властивостей негатронів відкриває нові можливості проектування та реалізації високоефективних інформаційних пристроїв автоматики, придатних для виготовлення в інтегральному вигляді, що забезпечить їх широке застосування в різних системах автоматики.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась на кафедрі проектування комп'ютерної та телекомунікаційної апаратури Вінницького національного технічного університету згідно з планом наукових досліджень Вінницького національного технічного університету та Міністерства освіти та науки України в рамках держбюджетної теми № 50-Д-272 “Аналіз та синтез негатронів на базі напівпровідникових структур і створення на їх основі високоефективних інформаційних пристроїв”, номер державної реєстрації 0105U002414.

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є покращення технічних характеристик (температурної стабільності, розв'язки між каналами, коефіцієнта перетворення) інформаційних пристроїв автоматики за рахунок використання нелінійних властивостей комбінованих транзисторних негатронів.

Для досягнення поставленої мети вирішуються наступні задачі:

1. Провести математичне моделювання комбінованих транзисторних негатронів на основі біполярних та польових транзисторів в нелінійному режимі.

2. Розробити основи проектування нелінійних пристроїв автоматики на базі комбінованих транзисторних негатронів.

3. Розробити та дослідити пристрої автоматики на базі нелінійних властивостей транзисторних негатронів: автогенератор з підвищеною температурною стабільністю, двочастотний генератор, активні перетворювачі частоти, генераторні давачі різного функціонального призначення.

Об'єктом дослідження є процес перетворення інформаційних сигналів в спеціалізованих засобах обробки інформації з частотним представленням.

Предметом дослідження є комбіновані транзисторні негатрони та пристрої автоматики на їх основі.

Методи дослідження. Використані в дисертації методи базуються на: теорії нелінійних кіл при розробці математичних моделей комбінованих транзисторних негатронів; теорії матриць для визначення Y-параметрів в режимі великого сигналу; теорії стійкості та конформних відображень при розробці та дослідженні генераторних схем; теорії чутливості для оцінки впливу розкиду параметрів еквівалентних схем; теорії аналізу електронних схем для визначення основних параметрів розроблюваних пристроїв; теорії планування експерименту та комп'ютерного моделювання для експериментальної перевірки одержаних результатів.

Наукова новизна одержаних результатів. В роботі одержано такі наукові результати:

1. Запропоновано новий підхід до оптимального збудження комбінованих транзисторних негатронів, дано обгрунтування умов застосування диференціальних рівнянь їх моделей та вперше визначені Y-параметри в режимі великого сигналу, що є основою проектування інформаційних пристроїв автоматики, які використовують нелінійні властивості комбінованих транзисторних негатронів.

2. Отримали подальший розвиток математичні моделі параметричного режиму роботи комбінованого негатрона на біполярному транзисторі та нелінійного режиму роботи комбінованого негатрона на польовому транзисторі, що дозволило врахувати вплив великого сигналу на диференціальні параметри негатронів.

3. Вперше розроблено математичні моделі оцінювання величини збільшення добротності та рівня насичення транзисторних негатронів на біполярних транзисторах та оцінювання максимально-досяжного значення потужності генерованих коливань пристроїв на транзисторних негатронах, які використовують польові транзистори, що дозволило обгрунтувати основні технічні параметри ряду пристроїв автоматики, які використовують комбіновані транзисторні негатрони.

Практичне значення одержаних результатів.

1. Розроблено основи проектування пристроїв автоматики, які використовують нелінійні властивості комбінованих транзисторних негатронів.

2. Розроблено та досліджено нові схеми автогенераторних пристроїв з підвищеною температурною стабільністю та двочастотним виходом на основі комбінованих негатронів, які використовують біполярні транзистори.

3. Розроблено та досліджено активні перетворювачі частоти на основі комбінованих транзисторних негатронів, які забезпечують підсилення сигналу та більш високу розв'язку між каналами.

4. Розроблені нові схеми автогенераторних давачів на базі комбінованих транзисторних негатронів, які мають більш високі значення коефіцієнта перетворення.

Результати досліджень впроваджені в ЦТЕПМ-2 філії ДПМ ВАТ “Укртелеком” (м. Вінниця), в ПО “Промавтоматика” (м. Баку), а також в навчальному процесі Вінницького національного технічного університету на кафедрі проектування комп'ютерної та телекомунікаційної апаратури при вивченні дисциплін “Основи негатроніки”, “Електронні пристрої з від'ємним опором” та “Математичні методи оптимізації конструювання ЕОЗ”.

Особистий внесок здобувача. Всі результати, які складають основний зміст дисертації, отримано автором самостійно. В публікаціях, написаних в співавторстві, здобувачеві належать: розробка нелінійної моделі комбінованого негатрона на польовому транзисторі [1, 3]; розробка математичної моделі транзисторного негатрона на біполярному транзисторі в режимі великого сигналу [2]; обгрунтування методів моделювання ключового режиму транзисторного негатрона [4]; розробка математичних моделей для розрахунку коефіцієнта збільшення добротності та рівня насичення комбінованого транзисторного негатрона на базі біполярного транзистора [5]; розрахунок інваріантного коефіцієнта стійкості для перетворювачів частоти [6]; оцінка чутливості до розкиду параметрів еквівалентної схеми [7]; експериментальне дослідження фільтру [8]; моделювання параметричної зміни вхідного імпеданса [9]; синтез та дослідження схем [10-14, 20, 21]; розробка та дослідження автогенераторних пристроїв, пристроїв перетворення частоти та генераторних давачів [15 - 19].

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідались на міжнародних науково-практичних конференціях: “Приборостроение” (Вінниця-Судак, 1996 р.), “Наука и пред-принимательство” (Вінниця-Львів, 1997 р.), “Наука и предпринимательство” (Вінниця-Львів, 1998 р.), “Комп'ютерні системи в автоматизації виробничих процесів” (м. Хмельницький, 2007 р.), щорічних конференціях професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів ВНТУ (1996, 1998, 1999, 2006, 2007 рр.), наукових семінарах кафедри проектування комп'ютерної та телекомунікаційної апаратури ВНТУ.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 21 друковану працю, з яких: 9 статей у наукових журналах, що відповідають переліку ВАК України; 5 публікацій у збірниках наукових праць науково-технічних конференцій; 5 патентів України, 2 рішення про видачу патенту.

Обсяг та структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, які містять 59 рисунків та 8 таблиць, списку використаних джерел (161 найменування) та 2 додатків. Повний об'єм дисертації 176 сторінок, з яких основний зміст викладено на 136 сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність проблеми, визначено мету і задачі досліджень, відзначено наукову новизну отриманих результатів та їх практичне значення, наведені відомості про публікації, впровадження, обсяг та апробацію роботи.

У першому розділі проведено аналіз сучасних досягнень в області створення елементів і пристроїв автоматики на базі різних видів негатронів. Виконано узагальнену класифікацію елементів та пристроїв автоматики на основі транзисторних негатронів. Аналіз показав, що при створенні елементів та пристроїв автоматики значні переваги мають динамічні комбіновані транзисторні негатрони. Це пов'язано з відсутністю необхідності висувати жорсткі технологічні вимоги до напівпровідникової структури та з можливістю реалізації одночасно, крім додатного зворотного зв'язку на частоті сигналу, від'ємного зворотного зв'язку по постійному струму, що забезпечує більш високу температурну та режимну стабілізацію параметрів пристроїв на основі негатронів. При цьому показано, що більшість досліджень та розробок в цьому напрямку базуються на використанні лінійних властивостей негатронів. А використання нелінійних властивостей відкриває додаткові можливості покращення технічних параметрів пристроїв автоматики. Відсутність досліджень по створенню математичних моделей таких негатронів, які придатні для інженерних розрахунків, стримує розвиток цього напрямку.

В другому розділі розроблено математичні моделі нелінійного та параметричного режимів роботи комбінованих негатронів на біполярному транзисторі та модель нелінійного режиму роботи комбінованого негатрона на польовому транзисторі.

Показано, що при створенні інформаційних пристроїв автоматики на базі комбінованих негатронів на вході та виході біполярного транзистора, ввімкненого за схемою чотириполюсника, вмикаються в різній комбінації пасивні RLC-компоненти, що в значній мірі визначає способи збудження та параметри інформаційного пристрою автоматики. При реалізації комбінованого транзисторного негатрона можливе використання біполярного транзистора як узагальненого перетворювача імітансу (УПІ) в трьох схемах його включення, тому аналізу підлягають 12 типів інформаційного пристрою. Однак, враховуючи, що при реалізацій комбінованого транзисторного негатрона найбільш ефективним виявилось використання транзистора з спільним колектором (СК), можливі способи збудження зведені до чотирьох випадків.

Виходячи з сформульованих в роботі обмежень, аналіз проводився з використанням П-подібної фізичної еквівалентної схеми біполярного транзистора, який ввімкнено за схемою зі спільним емітером.

Схема містить три суттєво нелінійних елемента: дифузійну ємність емітерного переходу ; шунтуючий емітерний перехід опір ; генератор струму , який пов'язаний з напругою через крутизну . При кусково-лінійній апроксимації цих функцій величини , та в активній області усереднюються та вважаються в ній постійними. Решта елементів транзистора слабо нелінійні та при створенні моделі припускаються незалежними від режиму та рівними деяким усередненим значенням. В схемі не враховуються паразитні реактивні елементи виводів, так як вони можуть бути віднесені до імітансів, що перетворюються.

Модулі коефіцієнтів розкладу та знаходяться графічно а їх фази визначаються виходячи з співвідношень:,.

Y-параметрів комбінованого негатрона на біполярному транзисторі від приведеної амплітуди збудження

Розроблена математична модель параметричного режиму роботи комбінованого транзисторного негатрона на біполярному транзисторі, яка вперше використовує уточнену модель відпирання та запирання емітерного переходу та вплив інжектованого об'ємного заряду в базі на комплексний опір транзисторного негатрона.

З рівнянь (2)-(5) знайдені складові першої гармоніки колекторного та базового струмів та Y-параметри великого сигналу транзистора, який ввімкнено за схемою зі спільним емітером. Використовуючи формули перетворення -параметрів транзистора в схемі зі спільним емітером в -параметри транзистора в схемі зі спільним колектором, одержані Y-параметри комбінованого транзисторного негатрона:

Розроблена математична модель нелінійного режиму роботи комбінованого транзисторного негатрона на польовому транзисторі, яка використовує еквівалентну схему транзисторного негатрона

В запропонованій моделі враховується, шляхом введення в математичну модель активної та ємнісної складових провідності каналу, що за наявності додатного зворот-ного зв'язку в каналі в моменти відкриття затвору виникає обємний заряд, який рухається вздовж каналу. Обємний заряд, який виник, призводить до деформації потенціалів в прольотному просторі транзистора та здійснює вплив на його комплексний опір.

Розрахунок значень реактивного та активного опорів показав, що вже на частоті 0,5 ГГц вплив обємного заряду може досягати десятків відсотків, тому його треба враховувати при розрахунку еквівалентного опору негатрона.

В третьому розділі розроблено основи проектування пристроїв автоматики на основі нелінійних властивостей комбінованих транзисторних негатронів.

Розроблені математичні моделі для розрахунку коефіцієнта збільшення добротності та рівня насичення комбінованого транзисторного негатрона на базі біполярного транзистора.

В випадку подачі на вхід інформаційного пристрою гармонійного сигналу та, використовуючи в якості апроксимуючого полином Тейлора третього степеня , одержано вираз для визначення вхідного струму.

В випадку малого значення або малої амплітуди сигналу, провідність із буде дорівнювати малосигнальному значенню , звідки знайдено малосигнальне значення добротності інформаційного пристрою та коефіцієнт збільшення добротності в режимі малого сигналу.

Отримані вирази для добротності інформаційного пристрою та коефіцієнта збільшення добротності інформаційного пристрою в режимі великого сигналу

Із збільшенням амплітуди сигналу добротність інформаційного пристрою зменшується та прямує до значення , а коефіцієнт збільшення добротності - до значення .

Отримано розрахункові залежності перетвореної провідності УПІ на базі транзистора КТ640 від амплітуди напруги сигналу (рис. 5) та розрахункові залежності коефіцієнта збільшення добротності від амплітуди сигналу (рис. 6). Результати експериментальних досліджень цих залежностей підтверджують коректність розробленої математичної моделі.

Для збільшення рівня насичення необхідно зменшувати малосигнальне значення добротності або змінювати коефіцієнт розкладу . Зменшення звичайно небажане, оскільки приводить до зниження вибірковості, завадозахищеності та чутливості пристроїв.

Розроблена методика оцінювання максимально-досяжного значення потужності генерованих коливань з використанням комбінованого транзисторного негатрона, яка дозволяє розрахувати оптимальне значення провідності навантаження та максимальне значення генерованої потужності при цьому навантаженні. Для розрахунку величини цієї потужності достатньо врахувати вплив нелінійності тільки активної складової, оскільки деяка зміна частоти коливань через вплив нелінійної реактивності негатрона усувається відповідною підстройкою резонуючої ємності.

При розробці математичної моделі генератора електричних коливань на основі польового транзистора (ПТ) з метою спрощення аналізу з урахуванням наведених в роботі припущень, використано спрощену фізичну еквівалентну схему ПТ (рис. 7). Еквівалентна схема містить один нелінійний елемент - крутизну , яка при фіксованій напрузі живлення є функцією середньоквадратичної напруги на ємності .

В загальному випадку польовий транзистор (ПТ) в схемі чотириполюсника може бути ввімкнений зі спільним стоком (СС), витоком (СВ), та затвором (СЗ). Тому можливі три основних варіанти побудови генераторів на базі ПТ.

Сучасні ПТ в діапазоні НВЧ є потенційно нестійкими, отже схему ввімкнення необхідно вибирати виходячи з вимог його максимальної нестійкості.

Мінімальним значенням та найбільш широку смугу потенційної нестійкості має ПТ, ввімкнений за схемою з СС.

Отримано геометричне місце координат вихідної провідності ПТ на комплексній площині при різних значеннях провідності (рис. 8). Аналіз імітансного кола показав, що максимальну нестійкість ПТ має в точці 1, де , тобто провідність на вході ПТ, повинна мати індуктивний характер.

Враховуючи, що ПТ має потенційну нестійкість при , при яких , знайдено необхідні умови самозбудження схеми.

Для забезпечення генерації на одній частоті необхідне виконання умови . Звідки, використовуючи та знайдено

Допустимі межі зміни величини цієї індуктивної провідності визначаються точками 2 та 3 на імітансному колі (рис. 8). Їх значення знаходимо з (10) шляхом введення умови та :

Підставляючи елементи матриці (9) в рівняння (12-17), знайдені основні розрахункові співвідношення, необхідні для проектування генераторних схем на комбінованих негатронах.

Перевагою розробленої математичної моделі є можливість здійснювати розрахунок генераторних схем як з використанням формальних Y-параметрів ПТ, так і параметрів його фізичної еквівалентної схеми, а також можливість здійснювати аналіз роботи генератора в залежності від величини сигналу.

В четвертому розділі розроблено та досліджено пристрої автоматики на базі нелінійних властивостей комбінованих транзисторних негатронів.

Розроблено автогенераторні пристрої на базі комбінованих транзисторних негатронів. Реалізовано генератор з підвищеною температурною стабільністю (рис.9), який в діапазоні температур має , що на порядок краще, ніж для схеми без термостабілізації. транзисторний негатрон нелінійний автогенератор

Розроблено двочастотний генератор (рис. 10), який використовує комбінований негатрон, на двозатворному польовому транзисторі Шотткі та забезпечує генерацію на частотах та з потужністю та при по кожному каналу.

Розроблено та досліджено активні перетворювачі частоти на основі нелінійних властивостей комбінованих негатронів на біполярних транзисторах.

Використання негатрона має такі переваги: 1) наявність від'ємного опору дозволяє підвищити коефіцієнт передачі; 2) використання транзистора дозволяє розширити розв'язку кіл сигналу, гетеродина та сигналу проміжної частоти; 3) наявність високодобротного індуктивного імітанса забезпечує реалізацію на одному транзисторному кристалі як функцію перетворення частоти, так і функцію фільтрації.

Розроблений перетворювач частоти (рис. 11) на основі багатокаскадного динамічного негатрона забезпечує: , , , коефіцієнт передачі +5 дБ та подавлення в вихідному каналі більше 45 дБ. Використання активної індуктивності дозволяє реалізувати розроблений перетворювач в вигляді напівпровідникової мікросхеми.

Використання комбінованого негатрона в даних пристроях забезпечує порівняно з аналогами підвищену точність перетворення (3 %), більш високий коефіцієнт перетворення (45 ) та температурну стабільність (0,01 ).

ВИСНОВКИ

В дисертації на основі проведеного аналізу досягнень в області розробки елементів та пристроїв автоматики на базі комбінованих транзисторних негатронів показано перспективність їх застосування як елементів функціональної електроніки, які забезпечують реалізацію на одному кристалі напівпровідника декількох функціональних операцій. Акцент зроблено на нелінійні властивості динамічних комбінованих транзисторних негатронів, які до цього моменту практично не досліджувались.

Одержано наступні теоретичні та практичні результати:

1. Здійснено моделювання нелінійного режиму роботи комбінованого негатрона на біполярному транзисторі. Показано, що при розрахунку параметрів пристроїв автоматики на їх основі достатньо врахувати першу та другу гармоніки сигналу, а також амплітуду імпульсу колекторного стуму. Вперше визначено Y-параметри комбінованого транзисторного негатрона в режимі великого сигналу, що є основою проектування пристроїв автоматики на його основі.

2. Розроблено математичну модель нелінійного режиму роботи комбінованого транзисторного негатрона на польовому транзисторі. Доведено, що суттєвий вплив на реактивні властивості негатрона на польовому транзисторі здійснює процес виникнення та переносу об'ємного заряду носіїв струму в прольотному просторі транзистора, що може складати декілька десятків відсотків. Розроблено математичну модель параметричного режиму роботи комбінованого транзисторного негатрона на біполярному транзисторі, яка використовує уточнену модель відпирання та запирання емітерного переходу та вплив інжектованого об'ємного заряду в базі на комплексний опір транзисторного негатрона, що дозволяє підвищити точність проектування параметричних пристроїв на базі комбінованих транзисторних негатронів. Проведено моделювання ключового режиму комбінованого негатрона на біполярному транзисторі. Показано, що використання функціональних рядів в цьому випадку обмежене, що пов'язано з відсутністю збіжності ряду при збільшенні амплітуди сигналу, та рекомендовано використання теореми Теледжена, представивши її через хвильові параметри.

3. Розроблено математичні моделі для розрахунку коефіцієнта збільшення добротності та рівня насичення комбінованого транзисторного негатрона на базі біполярного транзистора. Отримані результати дозволяють оцінити граничні умови використання комбінованих транзисторних негатронів в режимах малого та великого сигналів. Розроблено методику оцінювання максимально-досяжного значення потужності генерованих коливань з використанням комбінованого транзисторного негатрона, яка дозволяє розрахувати оптимальне значення провідності навантаження та максимальне значення генерованої потужності при цьому навантаженні.

4. Розроблено математичну модель та методику розрахунку генератора гармонійних коливань, який використовує комбінований негатрон на польовому транзисторі. Перевагою цієї моделі є можливість здійснювати розрахунки генераторних схем з використанням як формальних Y-параметрів, так і параметрів його еквівалентної схеми. Крім того, забезпечено можливість аналізу роботи генератора в залежності від величини генерованих коливань.

5. Проведено оцінювання чутливості перетвореного імітанса до розкиду параметрів еквівалентної схеми негатрона. При технологічному розкиді параметрів еквівалентної схеми, розкид параметрів негатрона змінюється в межах 1,2 %, що лежить в межах допусків галузевих стандартів для бортової та стаціонарної апаратури.

6. Розроблені математичні моделі дозволили реалізувати ряд інформаційних пристроїв автоматики. Запропоновано новий спосіб побудови та реалізований генератор з підвищеною температурною стабільністю, який в діапазоні температур має , що на порядок краще, ніж для схеми без термостабілізації. Розроблено двочастотний генератор, який використовує комбінований негатрон на двозатворному польовому транзисторі Шотткі та забезпечує генерування на частотах та з потужністю та при по кожному каналу. Розроблено та досліджено активні перетворювачі частоти на основі нелінійних властивостей комбінованих негатронів. Перетворювач частоти на основі багатокаскадного динамічного негатрона забезпечує: , , , коефіцієнт передачі +5 дБ та подавлення в вихідному каналі більше 45 дБ. Використання активної індуктивності дозволяє реалізувати розроблений перетворювач в вигляді напівпровідникової мікросхеми. Більш економічним є розроблений балансний перетворювач частоти. Він має на 3 дБ менший коефіцієнт шуму та на 120 мВт менше споживання енергії. Розроблено ряд активних вимірювальних перетворювачів, які мають порівняно з аналогами підвищену точність перетворення (3 %), більш високий коефіцієнт перетворення (45 ) та температурну стабільність (0,01 ).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Філинюк М.А., Молчанов П.А., Войцеховська О.В. Моделювання транзисторного негатрона на польовому транзисторі з бар'єром Шотткі // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1997. - №2. - С.86-88.

2. Філинюк М.А., Войцеховська О.В., Булига І.В. Визначення Y-параметрів комбінованого транзисторного негатрона на біполярному транзисторі в режимі великого сигналу // Вісник Хмельницького національного університету. - 2006. - №5. - С. 128-132.

3. Молчанов П.А., Войцеховська О.В. Моделювання нелінійного режиму негатрона на польовому транзисторі // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1998. - №2 (21). - С. 106-109.

4. Молчанов П.А., Войцеховська О.В., Павленко О.В. Моделювання динамічних транзисторних негатронів в ключовому режимі // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1999. - №6. - С. 97-100.

5. Филинюк Н.А., Войцеховская Е.В., Булыга И.В. Моделирование нелинейных характеристик информационных устройств на базе транзисторных негатронов // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2005. - №2. - С.43-45.

6. Молчанов П.А., Войцеховська О.В. Оцінка нелінійних спотворень активних вимірювальних перетворювачів. // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1998. - №2. - С. 12-16.

7. Войцеховська О.В., Молчанов П.А. Чутливість активного вимірювального перетворювача до розкиду параметрів еквівалентної схеми // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1998. - №2. - С. 74-78.

8. Філинюк М.А., Куземко О.М., Войцеховська О.В. Активний дворезонаторний фільтр // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2006. - №2. - С.71-73.

9. Молчанов П.А., Войцеховская Е.В. Параметрический режим транзисторного негатрона // Радиотехника и электроника. - 2000. - Т. 45, №2. - С. 204-208.

10. Пат. 18472 Україна, МПК G01 R 27/26 Н 03 Н 11/14. Автогенераторний перетворювач індуктивності / Філинюк М.А., Войцеховська О.В. (Україна); Вінницький національний технічний університет. - № 200604626; Заявл. 25.04.06; Опубл. 15.11.06. Бюл № 11. - 3 с.

11. Пат. 17729 Україна, МПК Н ОЗ В 7/0. Двочастотний НВЧ-генератор / Філинюк М.А., Куземко О.М., Войцеховська О.В. (Україна); Вінницький національний технічний університет. - № 200603509; Заявл. 31.03.2006; Опубл. 16.10.06. Бюл. № 10.- 3 с.

12. Пат. 24387 Україна, МПК Н О3 В 7/06. Автогенератор з температурною стабілізацією частоти / Молчанов П.А., Войцеховська О.В., Зима О.А. (Україна); Вінницький державний технічний університет. - № 97020632; Заявл. 13.02.97; Опубл. 30.10.98, Бюл. № 5. - 3 с.

13. Пат. 24386 Україна МПК G 01 R 27/26. Автогенераторний перетворювач/ Молчанов П.А., Войцеховська О.В., Зима О.А. (Україна); Вінницький державний технічний університет. - № 97020633; Заявл. 13.02.97; Опубл. 30.10.98, Бюл. №5.- 3 с.

14. Пат. 20719 Україна МПК G 01 R 27/26. Активний телеметричний перетворювач / Молчанов П.А., Войцеховська О.В., Зима О.А. (Україна); Вінницький державний технічний університет. - № 97020696; Заявл. 18.02.97; Опубл. 27.02.98, Бюл. № 1.- 3 с.

15. Молчанов П.А., Войцеховська О.В., Бурехін А.В. Перспективи використання транзисторних негатронів // Наука и предпринимательство: Сборник трудов международного симпозиума. - Вінниця; Львів, 1998. - С.276-279.

16. Молчанов П.А., Войцеховская Е.В., Зима А.А., Бекиш Ю.Ю. Разработка автогенераторных устройств на основе транзисторных негатронов // Наука и предпринимательство: Материалы международного симпозиума. - Вінниця; Львів, 1997. - С. 101.

17. Войцеховская Е.В., Молчанов П.А., Зима А.А. Устройства преобразования частоты на основе транзисторных негатронов // Наука и предпринимательство: Материалы международного симпозиума. - Вінниця; Львів, 1997. - С. 102.

18. Зима А.А., Молчанов П.А., Войцеховская Е.В. Перспективные направления использования активных измерительных преобразователей в автогенераторном режиме // Наука и предпринимательство: Материалы международного симпозиума.- Вінниця; Львів, 1997. -С. 100.

19. Молчанов П.А., Козловский Ю.Н., Зима А.А., Войцеховская Е.В. Анализ характеристик транзисторного негатрона в нелинейном режиме // Приборостроение: Материалы научно-технической конференции. - Вінниця; Судак, 1996.- Ч.ІІ. - С. 76.

20. Рішення про видачу пат. 97094724 Україна МПК Н ОЗ D 7/14, Н 04 В 1/26. Балансний перетворювач частоти / Молчанов П.А., Філинюк М.А., Войцеховська О.В.(Україна). - Заявл. 23.09.97. Рішення від 01.09.98.

21. Рішення про видачу пат. 97094721 Україна МПК Н ОЗ D 7/12, Н 03 Н 11/48. Активний перетворювач частоти / Молчанов П.А., Філинюк М.А., Войцеховська О.В. (Україна). - Заявл. 23.04.97. Рішення від 20.08.98.

АНОТАЦІЇ

Войцеховська О.В. Нелінійні властивості комбінованих транзисторних негатронів та пристрої автоматики на їх основі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - Елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування. - Вінницький національний технічний університет, Вінниця - 2007.

Дисертація присвячена дослідженню нелінійних властивостей динамічних комбінованих транзисторних негатронів та реалізації пристроїв автоматики на їх основі. Розроблено нові математичні моделі нелінійного режиму роботи комбінованого негатрона на біполярному та польовому транзисторах. При розрахунку параметрів пристроїв автоматики на основі комбінованих негатронів, які працюють в режимі великого сигналу, достатньо врахувати першу та другу гармоніки сигналу, а також амплітуду імпульсу колекторного стуму. Вперше визначено Y-параметри динамічного комбінованого транзисторного негатрона в режимі великого сигналу. Розроблено математичні моделі параметричного та ключового режимів роботи комбінованого транзисторного негатрона на біполярному транзисторі. Розроблено методику оцінювання максимально-досяжного значення потужності генерованих коливань, яка дозволяє розрахувати оптимальне значення провідності навантаження та максимальне значення генерованої потужності. Розроблено математичну модель та методику розрахунку генератора електричних коливань, який використовує комбінований негатрон на польовому транзисторі, які забезпечують можливість аналізу роботи генератора в залежності від величини генерованих коливань. Розроблено та досліджено пристрої автоматики на базі нелінійних властивостей транзисторних негатронів: автогенераторні пристрої, активні перетворювачі частоти, генераторні давачі різного функціонального призначення.

Ключові слова: пристрої автоматики, негатроніка, негатрон, нелінійні властивості, динамічний комбінований транзисторний негатрон, режим великого сигналу.

Войцеховская Е.В. Нелинейные свойства комбинированных транзисторных негатронов и устройства автоматики на их основе. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления. - Винницкий национальный технический университет, Винница - 2007.

Диссертация посвящена исследованию нелинейных свойств динамических комбинированных транзисторных негатронов и реализации устройств автоматики на их основе. Разработаны новые модели для нелинейного режима работы комбинированного негатрона на биполярном и полевом транзисторах. Показано, что при расчете параметров устройств автоматики на их основе, работающих в режиме большого сигнала, достаточно учесть первую и вторую гармоники сигнала, а также амплитуду импульса коллекторного тока и процесс образования и переноса объемного заряда в пролетном пространстве полевого транзистора. Впервые определены Y-параметры комбинированного транзисторного негатрона в режиме большого сигнала.

Разработаны математические модели параметрического и ключевого режимов работы комбинированного транзисторного негатрона на биполярном транзисторе, которые позволяют повысить точность проектирования параметрических и переключающих устройств на базе комбинированных транзисторных негатронов.

Разработаны основы проектирования нелинейных устройств автоматики на основе динамических комбинированных транзисторных негатронов. Разработана методика оценки максимально-достижимого значения мощности генерируемых колебаний с использованием комбинированного транзисторного негатрона, которая позволяет рассчитать оптимальное значение проводимости нагрузки и максимальное значение генерируемой мощности при этой нагрузке. Разработана математическая модель и методика расчета генератора электрических колебаний, использующего комбинированный негатрон на полевом транзисторе. Модель позволяет рассчитывать генераторные схемы как с учетом параметров эквивалентной схемы негатрона, так и с учетом его Y-параметров. Обеспечена возможность анализа работы генератора в зависимости от величины генерируемых колебаний.

Полученные модели и основы проектирования позволили реализовать и исследовать устройства автоматики на базе комбинированных транзисторных негатронов: автогенераторные устройства, активные преобразователи частоты, генераторные датчики разного функционального назначения. Разработанные устройства имеют лучшие технические характеристики по сравнению с существующими аналогами.

Ключевые слова: устройства автоматики, негатроника, негатрон, нелинейные свойства, динамический комбинированный транзисторный негатрон, режим большого сигнала.

Voytsekhovskaya Y.V. Nonlinear properties of combined transistor negatrons and automatic devices on the basis of them. - A manuscript.

Thesis for obtaining the scientific degree of candidate of technical sciences on the 05.13.05 - Elements and Devices for Computer Facilities and Control Systems. - Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia - 2007.

The thesis is devoted to research of nonlinear properties of dynamic combine transistor negatrons and working out automatic devices on the basis of them. New models for nonlinear regime of combined negatrons on the bipolar and field-effect transistors has been worked out. Y-parameters of dynamic combined transistor negatrons in large signal regime has been determined for the first time. Mathematical models of parametric and switch regimes of combined transistor negatron on the bipolar transistor has been worked out. The methods of evaluating the maximum power of generated oscillations with using of combine transistor negatron which makes it possible to calculate the optimal meaning of loads conductivity and the maximum of generated power have been working out. Mathematical model and methods of evaluating the generator of electrical oscillations, which uses the combined negatron on the field-effect transistor, which provide the possibility to analyze the generators work depending on generated oscillations value have been worked out. The automatic devices, which have different functions, have been worked and researched.

Key words: automatic devices, negatronic, negatron, nonlinear properties, dynamic combine transistor negatron, large signal regime.

Підписано до друку 30.08.2007. Формат 29,742

Наклад 100 прим. Зам. №2007-129

Віддруковано в комп'ютерному інформаційно-видавничому центрі

Вінницького національного технічного університету

м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95. Тел. (0432) 59-81-59

Размещено на Allbest.ru