ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА

Save this PDF as:
Размер: px
Начинать показ со страницы:

Download "ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА"

Транскрипт

1 «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина)» (СПбГЭТУ «ЛЭТИ») Направление Профиль Факультет Кафедра Нанотехнологии и микросистемная техника Проектирование и технология микро- и наносистем электроники МНЭ К защите допустить Зав. кафедрой д.т.н, проф Лучинин В.В. ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА ТЕМА: ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЕЧАТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА РЕЗОНАНСНЫХ СИСТЕМ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ Студент подпись Григорьев Н.П. Руководитель к.т.н., доц. Топталов С.И. (Уч. степень, уч. звание) подпись Консультанты к.т.н., доц. Буканин В.А. (Уч. степень, уч. звание) подпись к.т.н. (Уч. степень, уч. звание) подпись Гареев К.Г. Санкт-Петербург 2018

2 ЗАДАНИЕ НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ Утверждаю Зав. кафедрой МНЭ д.т.н, проф. Лучинин В.В. «24» апреля 2018г. Студент Григорьев Н.П. Группа 4282 Тема работы: Исследование влияния печатных технологий на избирательные свойства резонансных элементов радиоприемных устройств Место выполнения ВКР: ИЦ ЦМИД Исходные данные (технические требования): Биполярный транзистор КТ315Б, однослойная катушка индуктивности без сердечника, плоская печатная катушка с круглой и квадратной формами витков. Содержание ВКР: Обзор литературных источников, теоретическое исследование высокочастотных индуктивных элементов, основные результаты и анализ полученных данных, дополнительный раздел «Безопасность жизнедеятельности». Перечень отчетных материалов: пояснительная записка, иллюстративный материал. Дополнительные разделы: безопасность жизнедеятельности Дата выдачи задания Дата представления ВКР к защите «24» апреля 2018 г. «14» июня 2018 г. Студент Григорьев Н.П. Руководитель к.т.н., доц. Топталов С.И. (Уч. степень, уч. звание) 2

3 КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ Утверждаю Зав. кафедрой МНЭ д.т.н, проф. Лучинин В.В. «24» апреля 2018г. Студент Григорьев Н.П. Группа 4282 Тема работы: Исследование влияния печатных технологий на избирательные свойства резонансных элементов радиоприемных устройств п/п Наименование работ Срок выполнения 1 Обзор литературы по теме работы Практические исследования Обработка результатов исследования Оформление дополнительного раздела БЖД Оформление пояснительной записки Проверка ВКР на оригинальность и соответствие нормативным документам Предварительная защита ВКР (подготовка доклада и презентации) Представление ВКР к защите (с отзывом руководителя и рецензией) Студент Григорьев Н.П. Руководитель к.т.н., доц. Топталов С.И. (Уч. степень, уч. звание) 3

4 РЕФЕРАТ Пояснительная записка 56 с., рис. 23, табл. 8, 18 источников. ПЕЧАТНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА, БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР, КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ, ДОБРОТНОСТЬ, КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР. Объектом исследования являются избирательные характеристики индуктивных элементов в колебательном контуре. Цель работы изучить влияние печатных технологий на избирательные свойства резонансных элементов радиоприемных устройств. В результате выполнения выпускной квалификационной работы был проведен расчет значений номиналов усилительного каскада биполярного транзистора KT315B с колебательным контуром для получения необходимых выходных характеристик каскада, компьютерное моделирование каскада в программной среде «NI Multisim», что подтвердило правильность аналитических расчетов, и было произведено снятие амплитудно-частотной характеристики при различных активных сопротивлениях каскада, что позволило сделать вывод о целесообразности использования печатных технологий в индуктивных элементах колебательного контура на высоких частотах. Также были подобраны оптимальные геометрические размеры, необходимые для получения выбранных значений индуктивности ( ), для различных типов катушек индуктивности, что позволило проследить зависимость избирательных характеристик от типов катушек и их геометрических размеров. 4

5 SUMMARY As a result of performance of the final qualification work, an analytical calculation of the denominations of the amplifier stage of the bipolar transistor KT315B with an oscillating circuit was performed to obtain the necessary output characteristics of the cascade, computer simulation was carried out in the "NI Multisim" software environment, which confirmed the correctness of the calculations performed, and the frequency response for various active resistance of the circuit, which made it possible to conclude that the use of printed technologies in inductive elements of oscillation Yelnia circuit at high frequencies. Also, the geometric dimensions necessary to obtain the necessary values of the inductance were chosen ( ) for various types of inductors, which made it possible to trace the dependence of the selective characteristics on them, certain types of coils in the inductive elements of the oscillatory circuit. 5

6 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВЧ ЭЛЕМЕНТОВ В ПЕЧАТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ Гибкая электроника Струйная печать Неорганические материалы Органические материалы Пассивные элементы, реализуемые по печатным технологиям ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЧ ПАССИВНЫХ ПЕЧАТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Исследуемые элементы Экспериментальные исследования Изучение свойств и характеристик усилительного каскада Изучение свойств и характеристик усилительного каскада с колебательным контуром Изучение влияния геометрических размеров различных типов плоских катушек индуктивности на значения индуктивности и добротности ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ВЧ ПЕЧАТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В РАДИОЧАСТОТНЫХ УСТРОЙСТВАХ Избирательные характеристики колебательных контуров Избирательность радиоприемных устройств Индуктивные элементы печатных ГИМС Порядок расчета топологии индуктивностей печатных ГИМС Сравнение избирательных характеристик усилителя с традиционными индуктивными элементами и усилителя с печатными индуктивными элементами БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЗАКЛЮЧЕНИЕ...54 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

7 ВВЕДЕНИЕ Электроника создана на ограниченном наборе материалов: германии, кремнии, индии то есть полупроводниковых элементах. Несмотря на большое разнообразие приборов, созданных на их основе, современное производство уже начало подходить к пределу возможностей использования этих материалов. В связи с этим встал вопрос о поиске новых материалов, с новыми свойствами, которые могут дополнить или вообще заменить используемые. Эти альтернативные материалы смогла предоставить такая область, как гибкая электроника. Струйная печать проводящих чернил для гибкой электроники является одной из ключевых технологий, используемых в настоящее время для самых различных применений. Преимущества струйной печати: способность сокращать количество этапов производства, высокая эффективность использования материалов и недорогое производство. На данный момент струйная печать используются, в основном, для производства приборов, работающих в низкочастотном диапазоне, однако всю большую потребность и актуальность приобретают именно высокочастотные элементы. Таким образом, цель моей работы изучить влияние печатных технологий на избирательные свойства резонансных элементов радиоприемных устройств на высоких частотах. Для этого проведем исследование значений номиналов усилительного каскада с традиционными индуктивными элементами и с печатными индуктивными элементами со снятием и сравнением АЧХ двух таких усилителей, а также проследим зависимость избирательных характеристик катушек индуктивности различных конфигураций от геометрических размеров и сравним избирательные характеристики традиционных катушек индуктивности и печатных катушек индуктивности. 7

8 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВЧ ЭЛЕМЕНТОВ В ПЕЧАТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ 1.1 Гибкая электроника Гибкая электроника, также известная как печатная или органическая электроника, представляет собой технологию построения электронных схем путем нанесения электронных устройств на гибкие подложки. Реализация гибкой электроники с производительностью, равной обычной микроэлектронике, построенной на хрупких полупроводниковых пластинах, но с высокой подвижностью, оптической прозрачностью, легкими, растяжимыми / сгибаемыми форматами и легкостью печати на больших площадях позволила бы полностью отказаться от традиционной жесткой электроники. Термин «Гибкая электроника» относится к набору технологий печати, используемых для изготовления широкого спектра электронных устройств с использованием многих материалов. В последние несколько лет технологии печати, например, флексография, мягкая литография, печать на экране, глубокая печать и струйная печать привлекли внимание предприятий электронной промышленности прежде всего благодаря их недорогому и высокопроизводительному производству электронных компонентов или устройств, другими словами, такая продукция легка и мала, тонка и гибка, дешева и одноразова. Как правило, методы печати состоят из рисунков тонких или толстых структур на гибких или жестких подложках, наносящихся слоем краски. Существенным требованием для печатных материалов является их перерабатываемость в жидкую форму (раствор, дисперсию или суспензию), чтобы образовать чернила, которые могут основываться как на органических, так и на неорганических материалах. Практически любая техника печати подходит для изготовления печатной электроники, однако для различных типов приборов существуют свои предпочтительные методы и материалы. Возможно даже объединение 8

9 нескольких методов для создания прибора, но каждая техника имеет свои достоинства и недостатки [1] Струйная печать Струйная печать на сегодняшний день одна из самых популярных технологий создания печатной электроники. Это цифровая технология, а значит для формирования электронного устройства достаточно просто иметь задающий печать файл, описывающий его конструкцию [2]. Струйная печать ни в коем случае не один процесс, а разнообразная, универсальная и многорежимная группа технологических процессов в совокупности с различными механизмами, использующими перенос материала для задания характеристик в диапазоне нм до мм. Струйная печать проводящих чернил для гибкой электроники является одной из ключевых технологий, используемых в настоящее время для различных применений, таких как осветительные приборы, органические фотоэлектрические элементы, тонкопленочные транзисторы, гибкие батареи, метки радиочастотной идентификации (RFID), устройства Lab on a chip. и т.д. Преимущества струйной печати: способность сокращать количество этапов производства, высокая эффективность использования материалов и недорогое производство. Это повышает гибкость процесса и способствует значительной экономии затрат на чернила. К достоинствам струйной печати относятся достаточно высокое разрешение, гибкость, относительно низкая стоимость и совместимость почти с любым типом подложек. Основные проблемы струйной печати для органической электроники: улучшение разрешения печатных рисунков с целью создания более тонких линий и структур с более высокой степенью сложности, контроль смачиваемости и адгезии функциональных чернил на подложке. Струйная печать микросхем может осуществляться на специальном струйном принтере. Для такой печати необходимо использовать полимерные чернила, обладающие токопроводящими и полупроводниковыми свойствами, а 9

10 также особые запечатываемые материалы, которые должны также обладать полупроводниковыми свойствами. Созданные по такой технологии микросхемы пока ненадежны, медлительны, а сама технология еще не отработана. Перспектива данной технологии заключается в том, что она позволит предприятиям не заказывать микросхемы на стороне, а производить их самим, удешевляя производство и увеличивая скорость запуска в производство новой продукции [3]. Полимерные органические вещества и неорганические материалы представляют собой два вида материалов, применяемых в гибкой электронике. Как правило, полимерные органические вещества хорошо подходят для применения и естественным путем совместимы с полимерными субстратами. Однако электрические свойства таких систем не идеальны и это приводит к интересам использования неорганической гибкой электроники. Для изготовления печатных компонентов могут использоваться как органические, так и неорганические материалы, а также и те, и другие одновременно (см. рис. 1) [1]. Рисунок 1 Применение материалов для изготовления основных элементов печатной электроники, где темно-зеленым цветом обозначены элементы, для которых наиболее перспективны неорганические материалы, светло-зеленым элементы для которых перспективны гибридные решения с использованием органических и неорганических материалов и красным цветом элементы на органических материалах 10

11 1.1.2 Неорганические материалы Здесь стоит рассмотреть требования к подложкам, предназначенным для изготовления печатной электроники на основе неорганических материалов. Считается, что практически для всей печатной электроники нужны относительно недорогие, гибкие подложки высокой степени чистоты, с гладкой поверхностью и высокими температурными характеристиками. Это объясняется тем, что многие процессы формирования печатных электронных компонентов с помощью неорганических чернил предусматривают высокие температуры отжига. Вот почему сейчас основное внимание уделяется подложкам из нержавеющей стали или полиимида, тогда как даже применение стеклянных подложек вызывает затруднения. К неорганическим материалам, подходящим для создания печатных элементов, относят металлически наночастицы, чаще всего серебра, растворенные в жидком носителе, кванторазмерные частицы кремния, а также различные пасты на основе их сплавов. Поставленная задача состоит в создании гибкой и растяжимой электроники на основе неорганических материалов из-за их небольшой деформации перелома. Самой основной реализацией являются тонкие пленки неорганических веществ в качестве полупроводников, проводников и изоляторов на подложках для минимизации деформаций, вызванных изгибом или растяжением. Чернила на основе неорганических веществ обычно содержат металлические (например, медь, золото, серебро, алюминий) наночастицы, диспергированные в удерживающей матрице, и используются для создания RFID-меток, пассивных компонентов и изготовления транзисторных электродов. Для изготовления печатных проводящих линий с необходимыми характеристиками наиболее часто применяют серебряные пасты с размером частиц около 3 нм. Подобные пасты позволяют уменьшить объем 11

12 используемого серебра, а также уменьшить температуру обжига, что позволяет применять дешевые полимерные подложки [1]. На сегодняшний момент активно разрабатываются не требующие высокотемпературного осаждения или отжига новые чернила и процедуры печати, такие как ВЧ-напыление, проходящее при температуре окружающей среды, а также УФ-отжиг Органические материалы В отличие от обычных полупроводников, пленки таких полимеров представляют собой смесь химических веществ с дырочной и электронной проводимостью, границы раздела которых распределены по всему трехмерному объему пленки. Органические материалы легче, эластичнее и дешевле неорганических материалов. Для формирования электронных устройств с помощью стандартной струйной печати при комнатной температуре и атмосферном давлении их можно переводить в жидкое состояние. Они отличаются механической гибкостью, возможностью регулировки функциональных свойств прибора (например, изменение цвета излучения органических светодиодов) за счет модификации химического состава. Органическая электроника один из самых перспективных и инновационных разделов электроники, который в будущем позволит полностью изменить разработку и производство устройств отображения информации. Органические материалы имеют огромную научную ценность в разработке новых печатных электронных устройств, спектр свойств которых не позволяет покрыть традиционная электроника (электронная бумага, интеллектуальные и гибкие окна и т.п), и на производительность которых не возлагаются такие высокие требования. Полимеры материалы с большим молекулярным весом состоят из длинных цепей повторяющихся звеньев макромолекул. К недостаткам полимеров относятся на порядок меньшая, чем у малых молекул подвижность носителей заряда и трудности очистки. Из-за 12

13 недостаточно безупречного контроля процессов полимеризации в них часто присутствует остаточный катализатор полимеризации или примеси [2]. Органические чернила на основе высокопроводящих полимеров обычно используются для реализации батарей, электромагнитных экранов, конденсаторов, резисторов и индукторов, а чернила на основе органических полупроводников используются в качестве активных слоев активных устройств, таких как органические светоизлучающие диоды (OLED), органические полевые транзисторы (OFET), органические солнечные элементы, датчики и электрохромные дисплеи Пассивные элементы, реализуемые по печатным технологиям Любая схема сконструированная, как по традиционной, так и по печатной технологии содержит в себе различные элементы: защиту по питанию, обвязку микросхемы, входные/выходные фильтры, цепи разного назначения и тд. Но каждая такая схема состоит в основном из простых пассивных элементов, таких как резисторы, конденсаторы, индуктивности и т.д. Многие из них возможно реализовать по печатным технологиям. Печать резисторов Чтобы сформировать резистор с помощью печатных технологий не требуется ничего сложного. Для этого будет достаточно проводящей дорожки заданной длины, толщины и ширины. Причем конкретно для резистора даже не требуется использовать специальные чернила, можно применить те, из которых печатался токопроводящий рисунок. Изменяя параметры сушки, можно добиться требуемого удельного сопротивления на заданном участке цепи. Пример формирования резистора (поверхностное удельное сопротивление которого меньше 200 Ом на длине в 1мм) между токопроводящими дорожками приведен на рисунке 2. 13

14 Рисунок 2 Резисторы из проводящего полимерного материала, напечатанного по струйной технологии Печать конденсаторов Изготовить конденсатор несколько сложнее, для этого требуются не только проводящие чернила, но еще и диэлектрические. Печать конденсатора на гибкой подложке проводится в соответствии с рисунком 3. Рисунок 3 Схема формирования печатного конденсатора, где на основание наносится токопроводящая площадка, затем диэлектрическая прокладка и сверху верхняя обкладка конденсатора Характеристики печатного конденсатора зависят от типа применяемого диэлектрического материала. В качестве примера приведем зависимость изменения емкости печатного конденсатора от количества добавления в него материала титанат бария (BaTiO 3 ) (см. рис. 4). 14

15 Рисунок 4 Эффект от добавления титаната бария в материал диэлектрического слоя Форма слоев конденсатора чаще всего прямоугольная, а это значит изготовить конденсатор по печатной технологии несложная задача. Печать транзисторов Одним из наиболее распространенных активных элементов является транзистор. Структура такого компонента, реализуемого с применением печатных технологий, приведена на рисунке 5. Рисунок 5 Структура печатного транзистора 15

16 Технологический процесс изготовления полупроводниковой структуры методом струйной печати приведен на рисунке 6. Рисунок 6 Технологический процесс формирования полупроводниковой структуры методом струйной печати Такая техника производства основана на идеологии струйной печати и позволяет делать транзисторы с весьма примечательными характеристиками из тонких пленок одного единственного кристалла. Процесс может проводиться при комнатной температуре и при этом потенциально пригоден для производства электронных компонентов большой площади [3]. Таким образом, возможна реализация печатных транзисторов, полностью созданных с использованием печатных пленок и различных новых органических полупроводников, диэлектриков и проводников на основе наночастиц. Пускай производительность этих устройств в настоящее время недостаточна для работы на частоте выбора, т.е на частоте 13,56 МГц, однако обществу будет выгодно заменить часть традиционного рынка электроники гибкой электроникой, изготовленной с использованием экологически чистых подложек, материалов и процессов с более низкой стоимостью реализации. 16

17 2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЧ ПАССИВНЫХ ПЕЧАТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 2.1 Исследуемые элементы Колебательные контуры Колебательным контуром называется устройство, состоящее из специальных индуктивных и емкостных элементов, обеспечивающих электрорезонансные свойства. Колебательные контуры предназначаются для прееобразований уровня напряжений с частотами, равными резонансным частотам; получения в электрической цепи с заданной частотой тока определенной величины сопротивления; селекция тока (напряжения) различных частот. Колебательные контуры применяются во входных цепях радиоприемных устройств в качестве избирательных систем; в заграждающих и полосковых фильтрах; в усилителях радиопередающих устройств и т.д. [4]. Реализация цепи с прямоугольной формой частотных характеристик возможна, то есть возможно приблизиться к этому виду характеристики, если использовать с этой целью колебательные (резонансные) системы. Их применение позволяет получать частотно-избирательные цепи с узкими полосами пропускания ( ωk < ω ) эти полосы можно «перемещать» по шкале частот. В этом заключается одна из причин широкого распространения колебательных цепей. Высокочастотные колебательные контуры бывают: контурами с сосредоточенными параметрами и контурами с распределенными параметрами. Колебательный контур с сосредоточенными параметрами колебательная система, представляющая собой линейную цепь из индуктивности L, емкости C и активного сопротивления R, которые сосредоточены в отдельных участках цепи, и характерный размер элементов контура оказывается гораздо меньше длины волны передаваемых 17

18 электромагнитных колебаний. Такие контуры называются закрытыми, так как они практически не излучают в окружающее пространство возбужденную в них электромагнитную энергию [5]. Колебательный контур с распределенными параметрами - система, пространственные масштабы движения в которой соразмерны с пространственными масштабами изменения физических параметров, то есть физические размеры устройств оказываются сравнимыми с длиной волны передаваемых колебаний, так что становится необходимым учет конечного времени распространения сигнала [6]. С повышением частоты уменьшается длина волны и соответственно должны уменьшаться размеры элементов колебательных систем с сосредоточенными параметрами. На частотах выше нескольких сотен МГц они становятся настолько малыми, что возникают серьезные трудности при их изготовлении и применении. Поэтому на достаточно высоких частотах (на дециметровых и более коротких волнах) применяют преимущественно колебательные системы из элементов с распределенными параметрами. Характерными примерами таких систем является короткие отрезки длинных линий, называемые резонансными линиями, и полые резонаторы, образованные замкнутыми металлическими оболочками [7]. Резонансные усилители. В резонансных усилителях узкая полоса пропускания обеспечивается использованием в качестве нагрузки выходной цепи транзистора параллельного LC-контура, обладающего частотно-избирательными свойствами [8]. Учитывая зависимость от вида АЧХ различаются усилители резонансной частоты и полосовые усилители с АЧХ по форме, близкой к прямоугольной. В резонансных усилителях нагрузкой выходной цепи усилительного элемента является параллельный колебательный контур (фильтр), имеющий высокое сопротивление для резонансной частоты и малое сопротивление для других частот. Транзистор должен быть включѐн по схеме с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором, однако в большинстве случаев используются 18

19 схема с общим эмиттером, обеспечивающая максимальное усиление по мощности с малым уровнем шума. Частотная характеристика резонансного усилителя определяется параметрами колебательного контура, причѐм избирательные свойства контура бывают наиболее полно реализованы в схеме усилителя при условии малого шунтирования контура выходным сопротивлением источника сигнала и входным сопротивлением нагрузки. Известно, что транзистор имеет низкие входные и выходные сопротивления. По этой причине при построении схем транзисторных усилителей приходится считаться с шунтирующим действием этих сопротивлений на контур, ведущий к снижению коэффициента усиления каскада и ухудшению его избирательных свойств [9]. 2.2 Экспериментальные исследования ВКР включила в себя следующий ряд исследований: 1. Изучение усилительного каскада; 2. Изучение усилительного каскада с колебательным контуром; 3. Влияние геометрических размеров различных типов катушек индуктивности на значения индуктивности и добротности. Первое исследование направленно на изучение свойств и характеристик усилительного каскада биполярного транзистора КТ315Б с общим эмиттером (см. табл. 1). Усилительный каскад - это определенный минимальный функциональный блок, обеспечивающий необходимое усиление сигнала. Обычно он состоит из одного или несколько усилительных элементов, цепи обратной связи, элементов, обеспечивающих режим по постоянному току и т.д. Таким образом, каскады служат для повышения уровня сигнала до необходимого. Если необходимый уровень выходного сигнала нельзя получить с помощью одного каскада, то необходимо прибегнуть к установке дополнительных каскадов, в количестве, нужном для получения необходимого уровня выходного сигнала. 19

20 Второе исследование направлено на изучение характеристик усилительного каскада биполярного транзистора КТ315Б с общим эмиттером при включении в цепь параллельного колебательного контура, а именно: расчет номиналов контура, необходимых для получения нужной резонансной частоты и построение АЧХ колебательного контура. Третье исследование изучает влияние геометрических размеров различных типов катушек и плоских печатных катушек на значения индуктивности и добротности. В данном исследовании рассматриваются однослойные катушки без сердечника, плоские катушки с квадратной формой витков и плоские катушки с круглой формой витков Изучение свойств и характеристик усилительного каскада Важнейшая величина, характеризующая усилительный каскад - коэффициент усиления. Он считается как отношение уровня выходного сигнала к уровню входного. Различают три коэффициента усиления коэффициент усиления по напряжению, току и мощности. Казалось бы, любой усилитель увеличивает мощность входного сигнала, а значит основным коэффициентом усиления стоит выбрать коэффициент усиления по мощности, однако при разработке усилителей приоритет ставится на усилении одной из трех величин и наиболее часто усилить требуется именно напряжение. Одна из целей первого эксперимента - добиться коэффициента усиления по напряжению равным 10 для усилительного каскада биполярного транзистора КТ315Б (см. табл. 1 и рисунок 7) при данных входных характеристиках: Таблица 1 Технический паспорт транзистора КТ315Б [10] Постоянная рассеиваемая мощность коллектора Граничная частота коэффициента передачи тока транзистора для схемы с общим эмиттером Максимальное напряжение коллектор-база Максимальное напряжение база- эмиттер 20

21 Продолжение Таблицы 1 Максимально допустимый постоянный ток коллектора Максимальное напряжение коллектор-эмиттер Статический коэффициент передачи тока транзистора для схем с общим эмиттером Обратный ток между коллектором и базой Рисунок 7 Схема усилительного каскада биполярного транзистора КТ315Б, включенного в цепь с общим эмиттером, где и задают требуемые постоянные составляющие токов в цепях транзистора и постоянные напряжения на его электродах; и включены, чтобы источник сигнала и нагрузка не влияли на режим работы транзистора по постоянному току Аналитический расчет Принимаем ; Определим максимальную мощность, которая будет рассеиваться на транзисторе в моменты прохождения переменного сигнала через рабочую точку в статистическом режиме транзистора. Эта мощность будет на 20% меньше максимальной мощности рассеивания на транзисторе (1): Определим ток коллектора в статистическом режиме (без сигнала) в соответствии с формулой (2): (1) (2) 21

22 Учитывая, что на транзисторе в статистическом режиме падает половина напряжения питания, вторая половина будет падать на резисторах в соответствии с (3): (3) Так как,, то 11* = 166,7, отсюда Определим ток базы по формуле (4): (4) Полный базовый ток определяется напряжением смещения на базе. Оно задается делителями напряжения, Ток резистивного базового делителя должен быть намного больше тока управления базы чтобы последний не влиял на напряжение смещения. Выбираем ток делителя в 10 раз большим тока управления базы (5), (6): (5) (6) Найдем напряжение на эмиттере в режиме покоя (отсутствие сигнала). Напряжение база-эмиттер рабочего транзистора не может превысить 0,7 В. Напряжение на эмиттере в режиме без входного сигнала найдем по формуле (7): (7) Определим напряжение по базе (8) и напряжения резисторов ( ) ( ): (8) (9) (10) Таким образом, в результате аналитического расчета номиналов элементов усилительного каскада биполярного транзистора были получены 22

23 следующие значения: Компьютерное моделирование Все компьютерное моделирование произведено в программном обеспечении «NI Multisim 10.0». «NI Multisim 10.0» позволяет объединить процессы разработки электронных устройств и тестирования на основе технологии виртуальных приборов для учебных и производственных целей. Это программное обеспечение дает возможность студентам получить всесторонний практический опыт на всем протяжении полного цикла проектирования электронного оборудования. При помощи этой платформы студенты могут с легкостью перейти от теории к практике, создавая опытные образцы и углубляя свои знания в основах проектирования схем [11]. По рассчитанным в пункте параметрам была смоделирована схема усилительного каскада в программном обеспечении «NI Multisim» (см. рис. 8). Значения были подобраны исходя из наиболее часто встречающихся емкостей конденсаторов в схеме усилительного каскада. 23

24 Рисунок 8 Схема усилительного каскада транзистора с рассчитанными параметрами В результате компьютерной модуляции на основании показаний осциллографа определен входной и выходной сигналы цепи (см. рис. 9) Рисунок 9 Осциллограмма входного и выходного сигналов, где: «Channel A» означает выходной сигнал цепи, заданный в масштабе 1 V/Div; «Channel В» - входной сигнал цепи в масштабе 0,1 V/Div 24

25 По рисунку 9 видно, что входной и выходной сигналы на осциллограмме практически равны, и при условии, что выходной сигнал задан в масштабе в 10 раз меньшим, чем масштаб входного сигнала, можно сделать вывод, что выходной сигнал в цепи в 10 раз больше входного, следовательно, коэффициент усиления каскада биполярного транзистора по напряжению равен 10, а значит аналитические расчеты для усилительного каскада оказались верны Изучение свойств и характеристик усилительного каскада с колебательным контуром Усилительный каскад с колебательным контуром предназначен для усиления сигналов в некоторой узкой полосе частот. Подобные контуры обеспечивают требуемое усиление частот в заданной полосе, а затем крутой спад усиления вне этой полосы. Подобные приборы используются для работы на частотах свыше десятков килогерц, в отличии от рассмотренных в пункте 2.1 низкочастотных усилительных каскадов с обратными связями через частотнозависимые RC-цепи. Цель второго эксперимента - рассчитать номиналы контура, необходимые для получения нужной резонансной частоты, и построить АЧХ полученного колебательного контура для усилительного каскада биполярного транзистора КТ315Б (см. рис. 10) при данных входных характеристиках: 25

26 Рисунок 10 Схема усилительного каскада биполярного транзистора КТ315Б с колебательным контуром Аналитический расчет Рассчитаем добротность колебательного контура по формуле 11: где Q добротность, параметр системы, который определяет ширину резонанса; (11) полоса пропускания контура (напряжение внутри этой полосы имеет право снижаться до 0,707 от max); частота резонанса. Резонансная частота колебательного контура считается по формуле 12: где L индуктивность катушки, С емкость конденсатора Из формулы «12» найдем корень произведения индуктивности на емкость и методом подбора определим индуктивность ( ) ( ) колебательного контура: (12) 26

27 Таким образом, в результате аналитического расчета номиналов колебательного контура были подобраны следующие значения: Компьютерное моделирование По рассчитанным в пункте параметрам была смоделирована схема усилительного каскада с колебательным контуром в программном обеспечении «NI Multisim» (см. рис. 11). Значения были подобраны исходя из наиболее подходящих емкостей конденсаторов и сопротивлений резисторов в схеме усилительного каскада с колебательным контуром. Рисунок 11 Схема усилительного каскада биполярного транзистора КТ315Б с колебательным контуром и рассчитанными параметрами Следующим шагом необходимо установить маркер «PR1» как показано на рисунке 12 и снять АЧХ колебательного контура. 27

28 Рисунок 12 АЧХ усилительного каскада с колебательным контуром Как видно по АЧХ на рисунке 12 явление резонанса фиксируется на рабочей частоте в 200 МГц, что как раз и является резонансной частотой заданной выше для расчетов. Таким образом, можно сделать вывод, что аналитические расчеты оказались верны и по заданной были верно посчитаны номиналы колебательного контура (, ) Изучение влияния геометрических размеров различных типов плоских катушек индуктивности на значения индуктивности и добротности На сегодняшний день катушки индуктивности стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Один из самых ярких примеров их использования трансформатор, но не стоит забывать, что они находятся не только на энергетических подстанциях, но и любое зарядное устройство для ноутбука или телефона это тоже своего рода трансформатор, а значит катушки индуктивности давно уже занимают немаловажное место в жизни любого человека. Теперь, прежде чем начать расчетную часть исследования обозначим какие параметры и свойства катушек будут изучены. Любая катушка индуктивности обладает несколькими физическими характеристиками, отражающими ее работоспособность и первая из этих характеристик индуктивность. Она числено равна отношению потока 28

29 магнитного поля, создаваемого катушкой, к величине этого тока. Вторая же, но не менее важная по значению добротность контура. Эта характеристика напрямую связана с предыдущей и представляет собой отношение реактивного сопротивления к активному. Соответственно, чем выше добротность, тем лучше. Цель исследования изучить влияние геометрических размеров различных типов катушек на эти характеристики. Объекты исследований 1. Однослойная катушка без сердечника Значение индуктивности катушки напрямую зависит от ее геометрических размеров, числа витков и способа намотки (см. рис. 13). Рисунок 13 Изображение однослойной катушки индуктивности без сердечника, где l длина намотки; D диаметр катушки, n число витков Чем больше эти величины, тем, соответственно, больше и индуктивность катушки. Также индуктивность катушки будет выше при плотной намотки провода на основание, нежели индуктивность катушки с неплотной намоткой. Например, если необходимо намотать катушку значение индуктивности, которой известно, а также известны число витков и диаметр провода, но в наличии нет провода с нужным диаметром, то похожей индуктивности можно добиться используя провод большего диаметра и увеличив число витков, либо же, наоборот, взяв провод меньшего диаметра и уменьшив число витков. Стоит отметить, что все приведенные выше соображения справедливы только для катушек без ферритовых сердечников. В случае внесения сердечника в полость катушки ситуация несколько меняется. 2. Тонкопленочные катушки с квадратными и круглыми витками 29

30 Плоские катушки индуктивности находят достаточно широкое применение в различных областях науки, например, в технологиях передачи энергии без проводов, либо же в высокочастотных интегральных микросхемах. Почти все эти области для успешного функционирования требуют катушки индуктивности с наибольшей добротностью, и их геометрические размеры чаще всего определяются конкретным практическим приложением (см. рис. 14 и рис. 15). Рисунок 14 Схематичное изображение тонкопленочной катушки с квадратными витками, где Рисунок 15 Схематичное изображение тонкопленочной катушки с круглыми витками, где 30

31 Плоским катушкам присуща довольно удовлетворительная механическая прочность, относительно небольшая собственная емкость, простота изготовления и применение на частотах до 10 МГц. Возможно также значительно увеличить индуктивность и добротность плоских катушек путем наложения с одной или обеих сторон на катушку ферритовых пластин. Методика исследования Цель методики изучить влияние геометрических размеров катушки на ее основные характеристики. Для этого рассчитаем геометрические размеры катушек необходимые для получения трех различных значений индуктивности:, а также посчитаем получившиеся добротности. 1. Методика исследования однослойной катушки без сердечника Расчет индуктивности однослойных цилиндрических катушек производится по формуле 13: (13) L индуктивность, мкгн, D диаметр катушки, см; l длина намотки катушки, см; n число витков. Методом подбора определим диаметр катушки, длину намотки катушки и число витков, необходимое для получения трех значений индуктивности (cм. табл. 2) Таблица 2 Геометрические размеры катушки в зависимости от заданной индуктивности Индуктивность Диаметр катушки Длина намотки Число витков 31

32 Далее рассчитаем длину проводника по формуле (14) и его площадь поперечного сечения по формуле (15) необходимые нам для расчета активного сопротивления катушки при индуктивности (14) ( ) (15) Таким образом, активное сопротивление катушки находится по формуле, где ( ) (16) (16) Зная активное сопротивление и индуктивность катушки, произведем расчет значения ее добротности на рабочей частоте 1 МГц (f = 1 МГц) по формуле (17): (17) Для были произведены аналогичные расчеты, результаты которых приведены в таблице 3. Таблица 3 Характеристики катушек индуктивности в зависимости от их геометрических размеров Диаметр катушки, см Длина намотки, см Число витков Активное сопротивление, мом Индуктивность, мкгн Добротность 32

33 2. Методика исследования тонкопленочных катушек с квадратными витками Расчет индуктивности тонкопленочной катушки с квадратными витками производится по формуле (18): ( ) ( ) (18) L индуктивность, Гн; внешний диаметр катушки, м; внутренний диаметр катушки, м; число витков. Число витков тонкопленочной катушки с квадратными витками находится по формуле (19): ( ( ) ( ) ) (19) Методом подбора определим внешний и внутренний диаметры катушки индуктивности, шаг намотки и число витков, необходимые для получения трех заданных значений индуктивности (cм. табл. 4) Таблица 4 Геометрические размеры плоской квадратной катушки в зависимости от заданной индуктивности Индуктивность, Внешний диаметр Внутренний диаметр Шаг Число мкгн катушки, мм катушки, мм намотки, мм витков 33

34 Далее рассчитаем длину проводника по формуле (20) и его площадь поперечного сечения по формуле (21) необходимые нам для расчета активного сопротивления катушки при индуктивности ( ) (20) ( ( ) ) (21) (16): Таким образом, активное сопротивление катушки находится по формуле Зная активное сопротивление и индуктивность катушки, посчитаем ее добротность на рабочей частоте 1 МГц (f = 1 МГц) по формуле (17): Для оставшихся значений индуктивности были произведены аналогичные расчеты, результаты которых наглядно приведены в таблице 5. Таблица 5 Характеристики квадратной катушки индуктивности в зависимости от ее геометрических размеров Внешний диаметр катушки, мм Внутренний диаметр катушки, мм Шаг намотки, мм Число витков Активное сопротивление, Ом 34

35 Индуктивность, мкгн Добротность 3. Методика исследования тонкопленочных катушек с круглыми витками Расчет индуктивности тонкопленочной катушки с круглыми витками производится по формуле (22): ( ) ( ) L индуктивность, Гн; А числовой кэффициент; (22) внешний диаметр катушки, м; внутренний диаметр катушки, м; число витков. Число витков находится по формуле (23): ( ) ( ) (23) Числовой коэффициент определяется по формуле (24): (24) Шаг между витками по формуле (25): ( ) (25) Методом подбора определим внешний и внутренний диаметры катушки и число витков, необходимые для получения трех значений индуктивности (cм. табл. 6) Таблица 6 Геометрические размеры плоской круглой катушки в зависимости от заданной индуктивности Индуктивность, Внешний Внутренний Шаг намотки, Число витков мкгн диаметр диаметр мм катушки, мм катушки, мм 35

36 Далее рассчитаем длину проводника по формуле (26) и его площадь поперечного сечения по формуле (21) необходимые нам для расчета активного сопротивления катушки при индуктивности (26) ( ( ) ) Активное сопротивление катушки находится по формуле (16): Зная активное сопротивление и индуктивность катушки, произведем расчет значения ее добротности на рабочей частоте 100 МГц (f = 100 МГц) по формуле (17): Для оставшихся заданных значений индуктивности были произведены аналогичные расчеты, результаты которых приведены в таблице 7. Таблица 7 Характеристики круглой катушки индуктивности в зависимости от ее геометрических размеров Внешний диаметр катушки, мм Внутренний диаметр катушки, мм Шаг намотки, мм Число витков 36

37 Активное сопротивление, Ом Индуктивность, мкгн Добротность По результатам проведенного исследования можно сделать вывод, что избирательные характеристики печатных катушек индуктивности отличаются от характеристик традиционных катушек. В силу своих особенностей печатные катушки имеют активное сопротивление порядка нескольких Ом ( ), в то время как активное сопротивление традиционных катушек находится в пределах нескольких мом ( ). Именно из-за большего значения активного сопротивления добротность печатных катушек индуктивности оказалась хуже, чем у традиционных. 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ВЧ ПЕЧАТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В РАДИОЧАСТОТНЫХ УСТРОЙСТВАХ 3.1 Избирательные характеристики колебательных контуров Колебательные контуры, состоящие из сосредоточенных элементов L и С, характеризуются емкостью, индуктивностью, а также связанной с этими величинами резонансной частотой, добротностью, избирательностью: 37

38 1) Резонансная частота - это явление, при котором совпадение частоты внешнего воздействия с частотой собственных колебаний дает максимально возможную амплитуду протекающего тока: 2) Добротность колебательного контура - это характеристика, определяющая амплитуду и ширину АЧХ резонанса и показывающая, во сколько раз запасы энергии в контуре больше, чем потери энергии за один период колебаний [12]. А так же, численно Q равно отношению частоты собственных колебаний к ширине полосы частот. Добротность резонансных контуров с сосредоточенными параметрами в диапазоне 100 кгц - 1 МГц может достигать до 300. Добротность резонансных контуров с распределѐнными параметрами может достигать нескольких тысяч и даже десятков тысяч: ; 3) Избирательные свойства контура характеризуются избирательностью (селективностью) при заданной величине расстройки. Избирательность Se показывает, во сколько раз сигнал частоты ослабляется по сравнению с сигналом резонансной частоты. Резкое увеличение амплитуды имеет место при значениях, близких к собственной частоте колебательного контура (см. рис. 16). 38

39 Рисунок 16 Резонансная кривая колебательного контура (амплитудно-частотная характеристика) При амплитуда колебаний в Q раз превышает амплитуду внешней ЭДС. Так как обычно 10 < Q < 100, то колебательный контур позволяет выделить из множества колебаний те частоты, которые близки к. Именно это свойство (избирательность) колебательного контура используется на практике. Область (полоса) частот вблизи, в пределах которой амплитуда колебаний в колебательном контуре меняется мало, зависит от его добротности Q. Для повышения избирательности колебательного контура необходимо увеличивать Q. Однако рост добротности сопровождается увеличением времени установления колебаний в колебательном контуре. Изменения амплитуды колебаний в контуре с высокой добротностью не успевают следовать за быстрыми изменениями амплитуды внешней ЭДС. Требование высокой избирательности колебательного контура противоречит требованию передачи быстро изменяющихся сигналов [13]. 3.2 Избирательность радиоприемных устройств. Радиоприемник основное техническое средство перехвата, осуществляющего поиск, селекцию, прием и обработку радиосигналов. В состав его входят устройства, выполняющие: 39

40 1. Перестройку частоты настройки приемника и селекцию (выделение) нужного радиосигнала; 2. Усиление выделенного сигнала; 3. Детектирование (съем информации); 4. Усиление видео или низкочастотного первичного сигнала. Избирательность приемника оценивается параметрами амплитудночастотной характеристики (АЧХ) его селективных цепей, определяющей зависимость коэффициента усиления приемного тракта от частоты. Избирательность приемника максимальная, когда его амплитудно-частотная характеристика повторяет форму спектра принимаемого сигнала. В этом случае будут приняты все его спектральные составляющие, но не пропущены спектральные составляющие других сигналов (помех) [14]. Избирательность реального приемника оценивается двумя основными показателями: шириной полосы пропускания и коэффициентом прямоугольности АЧХ радиоприемника, реальная форма которой имеет колоколообразный вид. Избирательными или селективными называются усилители, имеющие узкую полосу пропускания и усиливающие сигналы только в пределах этой полосы. За пределами полосы пропускания усиление значительно меньше, либо вообще отсутствует [15]. Избирательные усилители применяются для усиления сигналов как на высоких, так и на низких частотах. Οʜᴎ используются в селективных вольтметрах, анализаторах спектра, синтезаторах частоты, измерителях нелинейных искажений и многих других радиоизмерительных приборах. Вместе с тем, такие усилители являются одним из важнейших каскадов радиопередающих и радиоприѐмных устройств. По принципу действия избирательные усилители делятся на резонансные и усилители с частотнозависимой обратной связью [116]. 3.3 Индуктивные элементы печатных ГИМС 40

41 Существует несколько вариаций пленочных катушек индуктивности, например, плоская катушка с витками круглой формы, либо же с элементами квадратной формы, в первом и втором случае располагающихся на изоляционной или ферритовой подложке. Обе конструкции индуктивных пленочных катушек можно увидеть на рисунке 17. Рисунок 17 Индуктивные пленочные катушки с круглыми (а) и квадратными(б) витками Индуктивность (L), добротность (Q), собственная резонансная частота (F p ) и температурный коэффициент индуктивности (ТКИ) основные характеристики пленочных катушек. Магнитное поле катушки свободно рассеяно по самой плоскости катушки и по пространству вокруг нее, отсюда параметры катушек имеют зависимость от электропроводности и от магнитный свойств окружающей среды. При конструирование подобных пленочных катушек обязательно необходимо учитывать свойства материала, из которого сделана подложка, а также наличие различных металлических элементов рядом с катушкой. Одна из важнейших характеристических черт пленочной катушки при уменьшении среднего диаметра катушки частичная взамная компенсация электромагнитных полей, и чтобы уменьшить влияние взаимного размагничивания следует увеличивать отношение Оптимальным 41

42 отношением диаметров для получения наиболее выгодной добротности для пленочной катушки является: Индуктивность увеличивается путем увеличения наружного диаметра (D н ), который обычно берут не более чем 10 мм и который не превышает (1-5) мкгн при шаге t = 50 мкм. Нижний рабочий предел таких катушек (1-5) МГц. Граничная частота после которой плоская катушка перестает быть сосредоточенным радиоэлементом оценивается по формуле (26): где частота F p [ГГц] соответствует длине L о [см] проводника в катушке. Индуктивность плоской катушки L [нг] выполняется по эмпирической формуле (27): ( ) (27) (26) где D ср = 0,5*(D н + D вн ) средний диаметр витка в катушке, см; N число витков катушки; h 0,5 (D н D вн ) = N * t условная толщина обмотки, см; t шаг витка, см; k коэффициент, определяемый по формуле (31). При равенстве всех остальных значений, индуктивность квадратной катушки, в среднем, на 10% больше индуктивности круглой катушки, в отличии от ее добротности, значения которой чуть больше у круглой катушки, относительно квадратной. Это обусловлено большей длиной спирали и наличием изгибов. Из-за относительно маленького значения индуктивности плоские катушки можно использовать на частотах порядка ( ). На рисунке 18 указана эквивалентная схема замещения печатной катушки индуктивности на повышенных частотах без учѐта влияния скин эффекта. 42

43 Рисунок 18 Эквивалентная схема замещения печатной катушки индуктивности на повышенных частотах При повышении частоты полное сопротивление катушки растет сильнее, чем по линейному закону, из-за влияния межвитковой емкости ( ) Учет влияния межвитковой емкости в первом приближении проходит с помощью замены индуктивности катушки ее кажущимся значением, определяемым по формуле 28: ( ) (28) где L индуктивность на низких частотах. Резонансную собственную частоту определим по формуле (29): (29) где с = 3*10 10 см/с скорость света в вакууме; относительная диэлектрическая проницаемость среды, охватывающей проводник катушки. Если разместить катушку индуктивности на подложке с ферритовым покрытием поверхности витков или на подложке с повышенной магнитной проницаемостью, индуктивность подобной катушки повысится пропорционально эффективной магнитной проницаемости магнитной оболочки. Проводящие магнитные элементы, которые находятся в зоне действия магнитного поля катушки в отсутствие магнитных покрытий, концентрирующих магнитной поле катушки, оказывают на нее размагничивающее действие, тем самым снижая ее индуктивность (см. рис. 19). 43

44 Как видно по рисунку, размагничивающее действие находящихся смежно металлических объектов зависит напрямую от толщины размагничивающего слоя и от геометрических размеров катушки (штриховые линии на рисунке соответствуют размагничивающей металлической плѐнке толщиной 0,5 мкм на диэлектрической поверхности, а сплошные линии долям мм). Если удалить смежные металлические объекты на расстояние от плоскости катушки, то их размагничивающим действием можно пренебречь. Добротность плоской катушки индуктивности со спиральными витками без учѐта поверхностного эффекта (с погрешностью до 20 %) можно определить по формуле (30): ( ) (30) где f частота, МГц; ρ удельное сопротивление материала экрана, Ом*см; h толщина спирального проводника, мкм; k коэффициент, определяемый по формуле (31): (( ) ( ) ) (31) где D н, D вн, D i, b, t наружный и внутренний диаметры катушки, ширина витка и шаг укладки витков, см. Рисунок 19 Изменение индуктивности пленочной катушки в зависимости от расстояния е до размагничивающих смежных металлических объектов. 44

45 На рисунке 20 показана зависимость добротности спиральных катушек от расстояния до экранирующих проводящих пленок. Толщина пленки до 0,5 мкм штриховые линии, до долей мм сплошные линии. Потери от внесения тонких экранирующих пленок ощущаются сильнее нежели потери от толстых экранных, в отличии от влияния на индуктивность. В качестве примера приведем зависимость индуктивности и добротности спиральной катушки от ее геометрических размеров (см. табл. 8). В качестве материала проводника взята пленка серебра толщиной 6-8 мкм. Таблица 8 Оценочные значения индуктивности и добротности в зависимости от ее геометрических размеров для плоских катушек индуктивности D н, мм D вн, мм N t, мм b, мм L, мкгн Q ,19 0,14 1, ,5 3,8 11 0,12 0,08 1, ,4 7 0,11 0,06 0, ,6 2,8 0,41 0,3 0, Для оценки геометрических размеров по заданной индуктивности используем эмпирическое соотношение удельной индуктивности ( ) и наружного диаметра (см. формулу 32): ( ) (32) 45

46 Рисунок 20 Влияние размагничивающего действия экранирующих металлических пленок на добротность спиральной катушки 3.4 Порядок расчета топологии индуктивностей печатных ГИМС Как отмечалось выше, из-за влияния собственного и внешнего размагничивания в плоских катушках индуктивности со спиральной формой витков, рассчитанные значения параметров не отличаются высокой точностью. Необходимое значение индуктивности следует обеспечить подстройкой параметров или же в резонансных включениях компенсировать его подбором емкости конденсатора. данных: К проектированию спиральных катушек формируется перечень исходных 1. Функциональные параметры (индуктивность, L; добротность, Q; рабочая частота, f, МГц) 2. Параметры материалов катушки (удельное сопротивление проводника, ρ); диэлектрическая проницаемость, ε; тангенс угла диэлектрических потерь, tgδ, учитывается косвенно) 3. Конструктивно-технологические ограничения: Минимально допустимые размеры зазора между проводниками и шириной проводника ΔL и совмещения ΔС для компоновки вывода от внутреннего витка; Допустимая толщина проводника, h; Максимально-допустимый наружный диаметр катушки, ; Наличие и вид экранирующих элементов. Алгоритм расчета, позволяющий сформировать оценочные значения геометрических размеров и оценить основные избирательные характеристики плоской катушки индуктивности со спиральными витками, сводится к следующей последовательности действий: выбирается допустимый наружный (D н ) и оптимальный внутренний (D вн ) диаметры катушки; 46

47 в соответствии с формулой 27 определяется шаг (t) расположения витков: ( ) (33) из формулы 30 определяется ширина проводника витка катушки (b): ( ) (34) чтобы учесть влияние поверхностного эффекта необходимо завышать расчетное значение ширины проводника (b) в 1,5-2 раза; по допустимому технологическому значению межвиткового зазора и ширине проводника (b) расчитывается размер шага катушки (t) или же констатируется факт несоответствия входным функциональным параметрам; по оптимальному соотношению находится число витков катушки: в соответствии с формулами 27, 30 производится расчет избирательных характеристик катушки индуктивности с приоритетом обеспечения нужного значения индуктивности; по результатам расчѐта производится корректировка геометрических размеров катушки и делается вывод о вероятности реализации заявленных требований; в случае соответствия заявленных требований рассчитанным параметрам по графикам на рисунках 19, 20 и формуле 28 оцениваются поправки смежных размагничивающих элементов на размагничивающее действие. 3.5 Сравнение избирательных характеристик усилителя с традиционными индуктивными элементами и усилителя с печатными индуктивными элементами 47

48 Ранее, в пункте была получена АЧХ для усилителя с традиционными индуктивными элементами. Приведем эту зависимость еще раз для наглядности последующих суждений (рисунок 21). Рисунок 21 АЧХ усилительного каскада с традиционными индуктивными элементами Далее, чтобы отследить изменения АЧХ усилителя при замене традиционной катушки индуктивности на печатную, проведем компьютерное моделирование такого каскада, для этого включив в колебательный контур активное сопротивление численно равное 1 Ом ( ). Схема такого усилительного каскада приведена на рисунке 22. Рисунок 22 Схема усилительного каскада с имитацией печатного индуктивного элемента 48


Рисунок 1 Частотная характеристика УПТ

Рисунок 1 Частотная характеристика УПТ Лекция 8 Тема 8 Специальные усилители Усилители постоянного тока Усилителями постоянного тока (УПТ) или усилителями медленно изменяющихся сигналов называются усилители, которые способны усиливать электрические

Подробнее

1.1 Усилители мощности (выходные каскады)

1.1 Усилители мощности (выходные каскады) Лекция 7 Тема: Специальные усилители 1.1 Усилители мощности (выходные каскады) Каскады усиления мощности обычно являются выходными (оконечными) каскадами, к которым подключается внешняя нагрузка, и предназначены

Подробнее

Основы схемотехники. 1. Основные положения

Основы схемотехники. 1. Основные положения Основы схемотехники ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ...1 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ...1 2. УСИЛЕНИЕ СЛАБЫХ СИГНАЛОВ...6 3. УСИЛЕНИЕ СИЛЬНЫХ СИГНАЛОВ...14 4. ОСНОВЫ МИКРОСХЕМОТЕХНИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ...18 1. Основные положения

Подробнее

Схемы преобразователей частоты

Схемы преобразователей частоты Лекция номер 10 Схемы преобразователей Никитин Н.П. Классификация схем По типу гетеродина: с отдельным и с совмещённым гетеродином По типу прибора, на котором выполняется смеситель: транзисторные и диодные

Подробнее

С к и н - э ф ф е к т (резонансный метод исследования)

С к и н - э ф ф е к т (резонансный метод исследования) Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова Физический факультет Кафедра общей физики Л а б о р а т о р н ы й п р а к т и к у м п о о б щ е й ф и з и к е (электричество и магнетизм) Лабораторная

Подробнее

Демонстрационный вариант отборочного этапа Электроника 11 класс. Задача 1. Задача 2

Демонстрационный вариант отборочного этапа Электроника 11 класс. Задача 1. Задача 2 Задача 1 Демонстрационный вариант отборочного этапа Электроника 11 класс Амперметр предназначен для измерения силы тока I A = 2 A и имеет внутреннее сопротивление R А = 0,2 Ом. Найти сопротивление шунта

Подробнее

Рисунок 24 Последовательный колебательный контур

Рисунок 24 Последовательный колебательный контур Лекция 3 Тема Колебательные системы Последовательный колебательный контур. Резонанс напряжений Последовательным колебательным контуром называют такую цепь, в которой катушка и конденсатор соединены последовательно

Подробнее

Элементы электрических цепей синусоидального тока. Цель работы: Ознакомиться с основными элементами электрических цепей

Элементы электрических цепей синусоидального тока. Цель работы: Ознакомиться с основными элементами электрических цепей 03001. Элементы электрических цепей синусоидального тока Цель работы: Ознакомиться с основными элементами электрических цепей синусоидального тока. Освоить методы электрических измерений в цепях синусоидального

Подробнее

Прототип изделия за полчаса возможности современной печатной электроники

Прототип изделия за полчаса возможности современной печатной электроники Прототип изделия за полчаса возможности современной печатной электроники Н.Павлов, к.т.н. edu@ostec-group.ru При изготовлении изделий электроники очень часто возникает ситуация, когда схема разработана,

Подробнее

Последовательный колебательный (резонансный) контур. а) б)

Последовательный колебательный (резонансный) контур. а) б) Лекция Тема олебательные системы Выделение полезного сигнала из смеси различных побочных сигналов и шумов осуществляется частотно-избирательными линейными цепями, которые строятся на основе колебательных

Подробнее

Лабораторная работа 3 АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ. Цель работы Исследование амплитудного модулятора в различных режимах работы.

Лабораторная работа 3 АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ. Цель работы Исследование амплитудного модулятора в различных режимах работы. Лабораторная работа 3 АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ Цель работы Исследование амплитудного модулятора в различных режимах работы. Теоретические сведения Для эффективной передачи сигналов с помощью радиоволн необходимо

Подробнее

Практические задания к экзамену по дисциплине «Радиотехнические цепи и сигналы»

Практические задания к экзамену по дисциплине «Радиотехнические цепи и сигналы» Практические задания к экзамену по дисциплине «Радиотехнические цепи и сигналы» 1. Свободные колебания в идеальном контуре имеют амплитуду напряжения 20В, амплитуда тока 40мА и длина волны 100м. Определите

Подробнее

ЛИСТ ОТВЕТОВ. out. arctg RC 50,0 23,0 6,7 0,291 73,6 400,00 11,78 20,00 3,4 64,6 23,0 8,4 0,365 66,9 240,37 7,50 15,49 2,35

ЛИСТ ОТВЕТОВ. out. arctg RC 50,0 23,0 6,7 0,291 73,6 400,00 11,78 20,00 3,4 64,6 23,0 8,4 0,365 66,9 240,37 7,50 15,49 2,35 ЛИСТ ОТВЕТОВ Упражнение 1.1.1. U U out in R 2 R 1 C 2 2 1 arctg RC Упражнение 1.1.2. f, Гц U in, В U out, В, о с2 ( ) с tg( ) 50,0 23,0 6,7 0,291 73,6 400,00 11,78 20,00 3,4 64,6 23,0 8,4 0,365 66,9 240,37

Подробнее

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ В ИНДУКТИВНО СВЯЗАННЫХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРАХ

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ В ИНДУКТИВНО СВЯЗАННЫХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРАХ Министерство образования и науки Российской Федерации Дальневосточный федеральный университет Школа естественных наук ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ В ИНДУКТИВНО СВЯЗАННЫХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРАХ Методические

Подробнее

Вариант 1 1. Колебательный контур состоит из катушки индуктивностью 0,2 мгн и конденсатора площадью пластин 155 см 2, расстояние между которыми 1,5

Вариант 1 1. Колебательный контур состоит из катушки индуктивностью 0,2 мгн и конденсатора площадью пластин 155 см 2, расстояние между которыми 1,5 Вариант 1 1. Колебательный контур состоит из катушки индуктивностью 0,2 мгн и конденсатора площадью пластин 155 см 2, расстояние между которыми 1,5 мм. Зная, что контур резонирует на длину волны 630 м,

Подробнее

Резонанс «на ладони».

Резонанс «на ладони». Резонанс «на ладони». Резонансом называется режим пассивного двухполюсника, содержащего индуктивные и ёмкостные элементы, при котором его реактивное сопротивление равно нулю. Условие возникновения резонанса

Подробнее

Расчетно-графическая работа

Расчетно-графическая работа Расчетно-графическая работа по дисциплине «Конструкции устройств СВЧ» Тема: исследование фильтров нижних частот на полосковых линиях Цель работы: изучение основных свойств несимметричной полосковой линии,

Подробнее

Тестовые задания по курсу САЭУ ( уч. год.)

Тестовые задания по курсу САЭУ ( уч. год.) Тестовые задания по курсу САЭУ (2013-2014 уч. год.) 1. Чему численно равен фактор обратной связи по постоянному току в приведенной на рис 1 схеме усилительного каскада, крутизну S в выбранной рабочей точке

Подробнее

Домашнее задание по теме: «Электрические колебания» Вариант 1

Домашнее задание по теме: «Электрические колебания» Вариант 1 Домашнее задание по теме: «Электрические колебания» Вариант. В колебательном контуре индуктивность катушки L = 0, Гн. Величина тока изменяется по закону I(t) = 0,8sin(000t + 0,3), где t время в секундах,

Подробнее

Лабораторная работа 35

Лабораторная работа 35 Лабораторная работа 35 Исследование резонанса в цепи переменного тока Методическое руководство Москва 04 г. Исследование резонанса в цепи переменного тока. Цель лабораторной работы Изучение зависимости

Подробнее

ЛЕКЦИЯ 6 Фильтры электрических сигналов. Классификация фильтров электрических сигналов и их характеристики

ЛЕКЦИЯ 6 Фильтры электрических сигналов. Классификация фильтров электрических сигналов и их характеристики ЛЕКЦИЯ 6 Фильтры электрических сигналов План занятия:. Классификация фильтров электрических сигналов 2. Коэффициент передачи 3. Структуры схем фильтров 4. RC-фильтры 5. LC-фильтры Классификация фильтров

Подробнее

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФИЛЬТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФИЛЬТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФИЛЬТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Фильтр это устройство, которое позволяет ограничить частотный спектр сигнала или выделить сигналы в пределах определенной полосы частот (полосы

Подробнее

Влияние вида неоднородностей на амплитудно-частотные характеристики коаксиальных фотонных кристаллов

Влияние вида неоднородностей на амплитудно-частотные характеристики коаксиальных фотонных кристаллов Министерство образования и науки Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САРАТОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Подробнее

Резонансные явления в последовательном колебательном контуре.

Резонансные явления в последовательном колебательном контуре. 33. Резонансные явления в последовательном колебательном контуре. Цель работы: Экспериментально и теоретически исследовать резонансные явления в последовательном колебательном контуре. Требуемое оборудование:

Подробнее

10. Измерения импульсных сигналов.

10. Измерения импульсных сигналов. 0. Измерения импульсных сигналов. Необходимость измерения параметров импульсных сигналов возникает, когда требуется получить визуальную оценку сигнала в виде осциллограмм или показаний измерительных приборов,

Подробнее

Блоки питания лазеров

Блоки питания лазеров Елена Морозова, Алексей Разин Блоки питания лазеров Краткий конспект лекций по дисциплине «Лазерная техника» Томск 202 Лекция Элементная база блоков питания и простейшие схемы на их основе Любой лазер

Подробнее

Глава 5. УСИЛИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Глава 5. УСИЛИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Глава 5. УСИЛИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 5.1. ПРИНЦИП УСИЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Назначение и классификация усилителей. Усилители переменного напряжения являются наиболее распространенным типом электронных

Подробнее

Новиков Ю.Н. Новиков Ю.Н. Основные понятия и законы теории цепей, методы анализа процессов в цепях. Содержание

Новиков Ю.Н. Новиков Ю.Н. Основные понятия и законы теории цепей, методы анализа процессов в цепях. Содержание Содержание Предисловие... 8 1. Основы описания и анализа систем с электрическими токами... 11 Цепь система с электрическими токами... 12 Ток и напряжение... 12 Электрическая цепь и электрическая схема...

Подробнее

Иноземцев В.А. Демонстрационный эксперимент с колебательным контуром

Иноземцев В.А. Демонстрационный эксперимент с колебательным контуром Опубликовано в вестнике Брянского государственного университета 4, 2008. Иноземцев В.А. Демонстрационный эксперимент с колебательным контуром В настоящей работе приводятся краткие описания демонстраций

Подробнее

Контрольные вопросы и задания к лабораторным работам по дисциплине "Электроника 1.2"

Контрольные вопросы и задания к лабораторным работам по дисциплине Электроника 1.2 Контрольные вопросы и задания к лабораторным работам по дисциплине "Электроника 1.2" Лабораторная работа 1 «Осциллографирование электрических сигналов» 1. Поясните физический смысл параметров, входящих

Подробнее

1. Основные понятия. транзисторы p-n-p типа и транзисторы n-p-n типа. Где, электроды Б база, К коллектор, Э эмиттер.

1. Основные понятия. транзисторы p-n-p типа и транзисторы n-p-n типа. Где, электроды Б база, К коллектор, Э эмиттер. 1 Биполярные транзисторы 1. Основные понятия Лекции профессора Полевского В.И. Лекция 1 Биполярным транзистором называют трѐхэлектродный полупроводниковый прибор, с двумя взаимодействующими между собой

Подробнее

Лабораторная работа 4 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР

Лабораторная работа 4 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР Лабораторная работа 4 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР Цель работы Изучить теорию резонансных радиотехнических цепей колебательных контуров (последовательного и параллельного). Исследовать АЧХ и ФЧХ

Подробнее

Работа сила тока i = dq / dt, текущего через катушку (t - время), и напряжение на ней U L

Работа сила тока i = dq / dt, текущего через катушку (t - время), и напряжение на ней U L Работа 07 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ В ПАРАЛЛЕЛЬНОМ LC-КОНТУРЕ Задача Для параллельного LC колебательного контура измерить и вычислить следующие величины: ) логарифмический декремент затухания, добротность

Подробнее

2. Параллельное соединение конденсаторов применяют для Увеличения общей емкости Уменьшения общей емкости Уменьшения заряда конденсатора

2. Параллельное соединение конденсаторов применяют для Увеличения общей емкости Уменьшения общей емкости Уменьшения заряда конденсатора Электротехника и электроника Инструкция к тесту: Выберете правильный вариант ответа 1. Последовательное соединение конденсаторов применяют для Увеличения общей емкости Уменьшения общей емкости Увеличения

Подробнее

U(t)U(t ) = A e t t U = U in

U(t)U(t ) = A e t t U = U in Задачи и вопросы по курсу "Радиофизика" для подготовки к экзамену С. П. Вятчанин Определения. Дана - цепочка, на вход которой подается напряжение частоты ω. При какой максимальной частоте еще можно считать,

Подробнее

Лабораторная работа 2.22 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО LC-КОНТУРА Ю.И.Туснов

Лабораторная работа 2.22 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО LC-КОНТУРА Ю.И.Туснов Лабораторная работа 2.22 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО LC-КОНТУРА Ю.И.Туснов Цель работы: изучение электромагнитных колебаний в LCконтуре и определение характеристик контура.

Подробнее

Цепи переменного тока. Реактивные сопротивления

Цепи переменного тока. Реактивные сопротивления 010401. Цепи переменного тока. Реактивные сопротивления Цель работы: Ознакомиться с основными элементами электрических цепей синусоидального тока. Освоить методы электрических измерений в цепях синусоидального

Подробнее

Полосно-пропускающий фильтр в монолитно-интегральном исполнении

Полосно-пропускающий фильтр в монолитно-интегральном исполнении УДК 621.3.049.77 Алексеев К.А., Коровкин Е.Н., Арыков В.А. АО «НПФ «Микран» Полосно-пропускающий фильтр в монолитно-интегральном исполнении Представлены расчетные и практические частотные характеристики

Подробнее

Радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Радиотехника. Банк заданий по специальной части вступительного испытания в магистратуру

Радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Радиотехника. Банк заданий по специальной части вступительного испытания в магистратуру Институт Направление подготовки Радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова 11.04.01 Радиотехника Банк заданий по специальной части вступительного испытания в магистратуру Задание экзаменационного

Подробнее

Генераторы LС ГЕНЕРАТОРЫ

Генераторы LС ГЕНЕРАТОРЫ Генераторы Среди генераторных устройств следует различать генераторы синусоидальных (гармонических) колебаний и генераторы прямоугольных колебаний, или сигналов прямоугольной формы (генераторы импульсов).

Подробнее

Лабораторная работа 2-17 КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ (RLC КОНТУР)

Лабораторная работа 2-17 КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ (RLC КОНТУР) Лабораторная работа 2-17 1 КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ (RLC КОНТУР) Цель работы Изучение явлений резонанса напряжений в параллельном и последовательном RLC-контурах. Теоретическое введение

Подробнее

Лабораторная работа # 2 (19) Исследование характеристик биполярного транзистора и усилителя на биполярном транзисторе.

Лабораторная работа # 2 (19) Исследование характеристик биполярного транзистора и усилителя на биполярном транзисторе. Лабораторная работа # 2 (19) Исследование характеристик биполярного транзистора и усилителя на биполярном транзисторе. Цель работы: Исследование вольтамперных характеристик биполярного транзистора и усилителя

Подробнее

Переменный электрический ток. Лекция r.net

Переменный электрический ток. Лекция r.net Переменный электрический ток Лекция 2.8. 900r.net : R,C,L в цепи переменного тока Вопросы для изучения: 1. Действующие значения тока и напряжения. Активное сопротивление в цепи ~ тока 2. Конденсатор в

Подробнее

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ. Раздел 1. Введение

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ. Раздел 1. Введение СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ ПЕРЕЧЕНЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ (МОДУЛЕЙ) ДИСЦИПЛИНЫ п/п Модуль дисциплины Лекции, ч\заочн 1 Введение 0.25 2 Линейные электрические цепи постоянного тока 0.5 3 Линейные электрические

Подробнее

Колебательные контуры

Колебательные контуры Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Мордовский Государственный университет им. Н.

Подробнее

Лабораторная работа 6 Изучение явления самоиндукции.

Лабораторная работа 6 Изучение явления самоиндукции. Лабораторная работа 6 Изучение явления самоиндукции. Цель работы: исследовать особенности явления самоиндукции, измерить индуктивность катушки и ЭДС самоиндукции. Оборудование: катушка 3600 витков R L»50

Подробнее

Часть 1 К заданиям 1 14 даны четыре варианта ответа, из которых только один правильный. Номера выбранных ответов обведите кружком.

Часть 1 К заданиям 1 14 даны четыре варианта ответа, из которых только один правильный. Номера выбранных ответов обведите кружком. Физика. класс. Демонстрационный вариант 4 (9 минут) Диагностическая тематическая работа 4 по подготовке к ЕГЭ по ФИЗИКЕ Физика. класс. Демонстрационный вариант 4 (9 минут) Часть К заданиям 4 даны четыре

Подробнее

Диагностическая тематическая работа 4 по подготовке к ЕГЭ

Диагностическая тематическая работа 4 по подготовке к ЕГЭ Физика. класс. Демонстрационный вариант 4 (90 минут) Диагностическая тематическая работа 4 по подготовке к ЕГЭ по ФИЗИКЕ по теме «Электродинамика (электромагнитная индукция, электромагнитные колебания

Подробнее

15. Электрические колебания

15. Электрические колебания 5. Электрические колебания Вопросы. Дифференциальное уравнение, описывающее свободные колебания заряда конденсатора в колебательном контуре, имеет вид Aq + Bq = 0, где A и B известные положительные постоянные.

Подробнее

Задачи по дисциплине «Электроника», включенные в контрольную работу 2

Задачи по дисциплине «Электроника», включенные в контрольную работу 2 Задачи по дисциплине «Электроника», включенные в контрольную работу 2 1. В параллельном колебательном контуре (см. рисунок) при резонансном напряжении U k0 расходуется активная мощность P 0.. Определить

Подробнее

Рабочее задание. 1.3 Для схемы усилительного каскада ОК (рисунок 2) и указанных

Рабочее задание. 1.3 Для схемы усилительного каскада ОК (рисунок 2) и указанных Лабораторная работа 2 Исследование усилительных каскадов на биполярных транзисторах Цель работы Изучение работы усилительных каскадов на биполярных транзисторах, определение основных параметров и их расчет

Подробнее

Открытый банк заданий ЕГЭ

Открытый банк заданий ЕГЭ Конденсатор колебательного контура длительное время подключён к источнику постоянного напряжения (см. рисунок). В момент t = 0 переключатель К переводят из положения 1 в положение 2. Графики А и Б представляют

Подробнее

Элементная база электронных схем. Пассивные компоненты

Элементная база электронных схем. Пассивные компоненты Элементная база электронных схем. Пассивные компоненты Катушки индуктивности Электроника и МПТ Катушка индуктивности элемент электрической цепи, обладающий индуктивностью и запасающий энергию в виде магнитного

Подробнее

Введение РАЗДЕЛ I. Общая электротехника Глава 1. Электрические цепи постоянного тока Основные понятия электромагнитного поля

Введение РАЗДЕЛ I. Общая электротехника Глава 1. Электрические цепи постоянного тока Основные понятия электромагнитного поля Введение РАЗДЕЛ I Общая электротехника Глава 1. Электрические цепи постоянного тока 1.1. Основные понятия электромагнитного поля 1.2. Пассивные элементы цепей и их характеристики 1.3. Активные элементы

Подробнее

I, А 0 1, ,4 U, В

I, А 0 1, ,4 U, В На схеме нелинейной цепи сопротивления линейных резисторов указаны в Омах; ток J = 0,4 А; характеристика нелинейного элемента задана таблично. Найти напряжение и ток нелинейного элемента. I, А 0 1,8 4

Подробнее

f гр1 1,7 ГГц (1) (2)

f гр1 1,7 ГГц (1) (2) Учет влияния подложки на высокочастотные характеристики кремниевых транзисторов Ю.Ф. Адамов, Г.Н. Гулякович, В.Н. Северцев Институт проблем проектирования в микроэлектронике РАН, Москва Современные высокочастотные

Подробнее

Электрические фильтры. План

Электрические фильтры. План I. Понятие электрического фильтра II. Классификация фильтров III. Расчет фильтров Электрические фильтры План I.Электрическим фильтром называется четырехполюсник, устанавливаемый между источником питания

Подробнее

Тестовые вопросы по «Электронике». Ч.1

Тестовые вопросы по «Электронике». Ч.1 (в.1) Тестовые вопросы по «Электронике». Ч.1 1. Первый закон Кирхгофа устанавливает связь между: 1. Падениями напряжения на элементах в замкнутом контуре; 2. Токами в узле схемы; 3. Мощностями рассеиваемыми

Подробнее

Тема 4 Основные показатели и характеристики усилителей

Тема 4 Основные показатели и характеристики усилителей Лекция 4 Тема 4 Основные показатели и характеристики усилителей Основные определения Устройства, с помощью которых путем затраты небольшого количества электрической энергии управляют энергией существенно

Подробнее

Электромагнитные колебания и волны.

Электромагнитные колебания и волны. Вариант 1. 1. Конденсатор электроемкостью 500 пф соединен параллельно с катушкой длиной 40см и площадью поперечного сечения 5 см 2. Катушка содержит 1000 витков. Сердечник немагнитный. Найти период колебаний

Подробнее

Лабораторная работа 6. Исследование платы гетеродина профессионального приемника

Лабораторная работа 6. Исследование платы гетеродина профессионального приемника Лабораторная работа 6 Исследование платы гетеродина профессионального приемника Цель работы: 1. Ознакомиться с принципиальной схемой и конструктивным решением платы гетеродина. 2. Снять основные характеристики

Подробнее

Рис Блок-схема установки для исследования лабораторного модуля «УБТ».

Рис Блок-схема установки для исследования лабораторного модуля «УБТ». Лабораторная работа Усилители на биполярных транзисторах («УБТ»). Цель работы. Изучение принципов работы, исследование амплитудных и частотных характеристик и параметров усилителей на основе биполярных

Подробнее

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Программа вступительного испытания по учебному предмету «Основы электротехники и электроники» (название учебного предмета) для абитуриентов, поступающих

Подробнее

Практические занятия по ТЭЦ. Список задач. 1 занятие. Расчёт эквивалентных сопротивлений и других соотношений 1.1. Для цепи

Практические занятия по ТЭЦ. Список задач. 1 занятие. Расчёт эквивалентных сопротивлений и других соотношений 1.1. Для цепи Практические занятия по ТЭЦ. Список задач. занятие. Расчёт эквивалентных сопротивлений и других соотношений.. Для цепи a c d f найти эквивалентные сопротивления между зажимами a и, c и d, d и f, если =

Подробнее

Скорость распространения сигнала в линии также зависит от L и C и выражается фазовой скоростью: 1 v ф

Скорость распространения сигнала в линии также зависит от L и C и выражается фазовой скоростью: 1 v ф 4. Длинные линии 4.1. Распространение сигнала по длинной линии При передаче импульсных сигналов по двухпроводной линии часто приходится учитывать конечную скорость распространения сигнала вдоль линии.

Подробнее

1 «Униполярные транзисторы. Общие понятия» Полевой транзистор

1 «Униполярные транзисторы. Общие понятия» Полевой транзистор 1 «Униполярные транзисторы. Общие понятия» Работа униполярных транзисторов основана на использовании носителей заряда одного знака: либо электронов, либо дырок. В биполярных транзисторах работают оба типа

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 11. Амплитудный модулятор

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 11. Амплитудный модулятор ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА Амплитудный модулятор Цель работы: исследовать способ получения амплитудно-модулированного сигнала с помощью полупроводникового диода. Управление амплитудой высокочастотных колебаний

Подробнее

Элементная база электронной аппаратуры. Пассивные компоненты

Элементная база электронной аппаратуры. Пассивные компоненты Элементная база электронной аппаратуры. Пассивные компоненты Катушки индуктивности Электроника Катушка индуктивности элемент электрической цепи, обладающий индуктивностью и запасающий энергию в виде магнитного

Подробнее

Тема: Сглаживающие фильтры. План. Активно-индуктивный (R-L) сглаживающий фильтр

Тема: Сглаживающие фильтры. План. Активно-индуктивный (R-L) сглаживающий фильтр Тема: Сглаживающие фильтры План 1. Пассивные сглаживающие фильтры 2. Активный сглаживающий фильтр Пассивные сглаживающие фильтры Активно-индуктивный (R-L) сглаживающий фильтр Он представляет собой катушку

Подробнее

Тема 11. k = Pвых/Рвх. ДЕТЕКТОРНЫЙ ПРИЕМНИК

Тема 11. k = Pвых/Рвх. ДЕТЕКТОРНЫЙ ПРИЕМНИК Тема 11 РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА Радиоприемные устройства предназначаются для приема передаваемой посредством электромагнитных волн информации и преобразования ее к виду, в котором она может использоваться

Подробнее

2.2. Примерный тематический план и содержание учебной дисциплины «Электротехника и электроника»

2.2. Примерный тематический план и содержание учебной дисциплины «Электротехника и электроника» .. Примерный тематический план и содержание учебной дисциплины «Электротехника и электроника» Тема.. Электрические цепи постоянного тока Практическое занятие Расчет электрических цепей при последовательном,

Подробнее

1. Основные положения теории

1. Основные положения теории . Основные положения теории.... Предварительная подготовка... 5 3. Задание на проведение эксперимента... 8 4. Обработка результатов экспериментов... 3 5. Вопросы для самопроверки и подготовке к защите

Подробнее

Лекция 7. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ. СОГЛАСУЮЩИЕ СВОЙСТВА УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА БИ- ПОЛЯРНЫХ И ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Лекция 7. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ. СОГЛАСУЮЩИЕ СВОЙСТВА УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА БИ- ПОЛЯРНЫХ И ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ 1 Лекция 7. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ. СОГЛАСУЮЩИЕ СВОЙСТВА УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА БИ- ПОЛЯРНЫХ И ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ План 1. Введение. 2. Усилительные каскады на полевых транзисторах.

Подробнее

Аналитически они записываются следующим образом:

Аналитически они записываются следующим образом: Синусоидальный ток «на ладони» Большая часть электрической энергии вырабатывается в виде ЭДС, изменяющейся во времени по закону гармонической (синусоидальной) функции. Источниками гармонической ЭДС служат

Подробнее

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ. Рисунок 1. Рисунок 2

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ. Рисунок 1. Рисунок 2 ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ Методические указания по темам курса Изучение данного раздела целесообразно проводить, базируясь на курсе физики и руководствуясь программой курса. Усилители на биполярных транзисторах

Подробнее

В случае симметричного Т и П-образного фильтра коэффициент передачи A определяется

В случае симметричного Т и П-образного фильтра коэффициент передачи A определяется Лекция 3 Тема 3 Электрические фильтры Основные понятия по теме Чем выше добротность контура, тем уже его полоса пропускания и острее резонансная кривая. Острота резонансной кривой характеризует частотную

Подробнее

2.3. Электромагнитные колебания. Справочные сведения

2.3. Электромагнитные колебания. Справочные сведения 3 Электромагнитные колебания Справочные сведения Задачи настоящего раздела посвящены собственным электромагнитным колебаниям Действующие значения тока и напряжения определяются из выражения i dt, 4 u dt,

Подробнее

«КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ» ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 2. Вариант 2.

«КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ» ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 2. Вариант 2. «КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ» ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ. Вариант.. Конденсатор электроемкостью 500 пф соединен параллельно с катушкой длиной 40см и площадью поперечного сечения 5 см. Катушка содержит 000 витков. Сердечник

Подробнее

U m. 2) π. 1) 1, Дж 2) 5, Дж 3) 1, Дж 4) Дж

U m. 2) π. 1) 1, Дж 2) 5, Дж 3) 1, Дж 4) Дж Колебательный контур состоит из катушки индуктивности и конденсатора. В нём наблюдаются гармонические электромагнитные колебания с периодом Т = 5 мс. В начальный момент времени заряд конденсатора максимален

Подробнее

Элементная база электронной аппаратуры. Пассивные компоненты

Элементная база электронной аппаратуры. Пассивные компоненты Элементная база электронной аппаратуры. Пассивные компоненты Катушки индуктивности Электроника и МПТ Катушка индуктивности элемент электрической цепи, обладающий индуктивностью и запасающий энергию в виде

Подробнее

Кафедра РЭИС Доцент Никитин Н.П

Кафедра РЭИС Доцент Никитин Н.П Кафедра РЭИС Доцент Никитин Н.П. 2008 17.08.2009 1 17.08.2009 2 выходная мощность; верность воспроизведения сообщения; диапазон рабочих частот; чувствительность; избирательность; динамический диапазон;

Подробнее

Лекция 6 Тема: Пассивные и активные элементы полупроводниковых интегральных микросхем (Продолжение) РАЗНОВИДНОСТИ n-р-n ТРАНЗИСТОРОВ

Лекция 6 Тема: Пассивные и активные элементы полупроводниковых интегральных микросхем (Продолжение) РАЗНОВИДНОСТИ n-р-n ТРАНЗИСТОРОВ Лекция 6 Тема: Пассивные и активные элементы полупроводниковых интегральных микросхем (Продолжение) 1) Многоэмиттерные и-р-и-транзисторы. 2) Многоколлекторные транзисторы. 3) Транзисторы с барьером шотки.

Подробнее

3.5. Сложный параллельный колебательный контур

3.5. Сложный параллельный колебательный контур 3.5. Сложный параллельный колебательный контур I Контур, у которого хотя бы одна параллельная ветвь содержит реактивности обоих знаков. I С С I I Магнитная связь между и отсутствует. Условие резонанса

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 12

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 12 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 Изучение процесса детектирования Детектирование - процесс восстановления модулирующего сигнала, являющийся процессом, обратным модуляции. Уравнение модулированных по амплитуде колебаний

Подробнее

Лабораторная работа 16 Трансформатор.

Лабораторная работа 16 Трансформатор. Лабораторная работа 16 Трансформатор. Цель работы: исследовать работу трансформатора в холостом режиме и под нагрузкой. Оборудование: трансформатор (собирать схему для понижающего трансформатора!), источник

Подробнее

Контрольные работы по физике 29 группа 4 семестр Решаем один из предложенных вариантов в каждой контрольной работе.

Контрольные работы по физике 29 группа 4 семестр Решаем один из предложенных вариантов в каждой контрольной работе. Контрольные работы по физике 29 группа 4 семестр Решаем один из предложенных вариантов в каждой контрольной работе. Контрольная работа 11 Механические колебания. Упругие волны. Вариант 1 1. Материальная

Подробнее

Особенности Согласования Электронных Ультразвуковых Генераторов с Пьезоэлектрическими Колебательными Системами.

Особенности Согласования Электронных Ультразвуковых Генераторов с Пьезоэлектрическими Колебательными Системами. Особенности Согласования Электронных Ультразвуковых Генераторов с Пьезоэлектрическими Колебательными Системами. Хмелев В.Н., к.т.н., Senior eber, IEEE, Барсуков Р.В, к.т.н., Генне Д.Д., eber, IEEE, Хмелев

Подробнее

частоту контура F, можно рассчитать индуктивность катушки: =. (4.82)

частоту контура F, можно рассчитать индуктивность катушки: =. (4.82) Измерение параметров магнитопроводов резонансным методом. Резонансный метод измерений может быть рекомендован к использованию в домашней лаборатории наряду с методом вольтметра амперметра. Его отличает

Подробнее

3.2. Вынужденные колебания в последовательном LC контуре Последовательный и параллельный контуры

3.2. Вынужденные колебания в последовательном LC контуре Последовательный и параллельный контуры 3.. Вынужденные колебания в последовательном контуре Последовательный и параллельный контуры E I - сопротивление собственных потерь контура - сопротивление источника сигнала и - сопротивление нагрузки

Подробнее

T - период колебаний [T ] = с; l - длина нити маятника [l ] = м. m k T 2. x или 2 T. l g

T - период колебаний [T ] = с; l - длина нити маятника [l ] = м. m k T 2. x или 2 T. l g «МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ». Колебания процесс, повторяющийся точно (или почти точно) через равные промежутки времени. Смещением (x, [x] = м) называют отклонение колеблющегося тела от положения равновесия.

Подробнее

«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТУРИЗМА И СЕРВИСА»

«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТУРИЗМА И СЕРВИСА» 1А Лист 1 из 13 2А Лист 2 из 13 Паспорт фонда оценочных средств В результате освоения учебной дисциплины Радиоприёмная аппаратура обучающийся должен обладать предусмотренными ФГОС по специальности (11.02.01.)Радиоаппаратостроение

Подробнее

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (КНИТУ-КАИ) им. А. Н. ТУПОЛЕВА. Кафедра радиоэлектронных и квантовых устройств

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (КНИТУ-КАИ) им. А. Н. ТУПОЛЕВА. Кафедра радиоэлектронных и квантовых устройств Министерство образования и науки РФ КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (КНИТУ-КАИ) им. А. Н. ТУПОЛЕВА Кафедра радиоэлектронных и квантовых устройств (РЭКУ) МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Подробнее

Контрольная работа по физике Электромагнитные колебания и волны 11 класс. 1 вариант

Контрольная работа по физике Электромагнитные колебания и волны 11 класс. 1 вариант 1 вариант A1. В уравнении гармонического колебания q = qmcos(ωt + φ0) величина, стоящая под знаком косинуса, называется 3) амплитудой заряда А2. На рисунке показан график зависимости силы тока в металлическом

Подробнее

методические рекомендации и выполнение контрольных заданий для обучающихся заочной формы обучения. Составлено: Полякова М.В.

методические рекомендации и выполнение контрольных заданий для обучающихся заочной формы обучения. Составлено: Полякова М.В. «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА и ЭЛЕКТРОНИКИ» методические рекомендации и выполнение контрольных заданий для обучающихся заочной формы обучения. Составлено: Полякова М.В. преподаватель 2014 СОДЕРЖАНИЕ 1. Пояснительная

Подробнее

Р < Р0; (30 50/+ 500% 50-80). В

Р < Р0; (30 50/+ 500% 50-80). В 1.6. Широкополосные усилители малых сигналов Для усиления малых сигналов чаще всего используют монолитные интегральные схемы (ИС). В настоящее время серийно выпускается много типов ИС для разнообразных

Подробнее

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫХ ГЕНЕРАТОРОВ В СВЧ-ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫХ ГЕНЕРАТОРОВ В СВЧ-ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ А.Л. Хвалин, А.В. Васильев и др. УДК 537.633.9 ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫХ ГЕНЕРАТОРОВ В СВЧ-ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ А.Л. Хвалин, А.В. Васильев, А.А. Игнатьев, В.Н. Самолданов (СГУ им. Н.Г. Чернышевского)

Подробнее

4. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ Основные понятия

4. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ Основные понятия 4. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ 4.. Основные понятия Электрические цепи могут содержать линейные и нелинейные элементы. Сопротивление линейных элементов не зависит от величины и полярности приложенного

Подробнее

МИНОБРНАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

МИНОБРНАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» МИНОБРНАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт компьютерных технологий и информационной

Подробнее

ИЗМЕРЕНИЕ РАДИОПОМЕХ ОТ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВ

ИЗМЕРЕНИЕ РАДИОПОМЕХ ОТ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВ ИЗМЕРЕНИЕ РАДИОПОМЕХ ОТ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВ Помехи, создаваемые источниками (напряжения, токи, электрические и магнитные поля), могут возникать как в виде периодически повторяющихся, так

Подробнее

БРЭГГОВСКИЕ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ СТРУКТУРЫ НА ВОЛНОВОДНО-ЩЕЛЕВЫХ ЛИНИЯХ С ХАРАКТЕРИСТИКАМИ, УПРАВЛЯЕМЫМИ P I N-ДИОДАМИ

БРЭГГОВСКИЕ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ СТРУКТУРЫ НА ВОЛНОВОДНО-ЩЕЛЕВЫХ ЛИНИЯХ С ХАРАКТЕРИСТИКАМИ, УПРАВЛЯЕМЫМИ P I N-ДИОДАМИ Министерство образования и науки Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САРАТОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Подробнее