Расчет эквивалентного сопротивления управляемого пассивного рассеивателя на базе системы «диод — диполь» | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №4 (108) февраль-2 2016 г.

Дата публикации: 17.02.2016

Статья просмотрена: 157 раз

Библиографическое описание:

Москалева Е. А., Толстых А. А. Расчет эквивалентного сопротивления управляемого пассивного рассеивателя на базе системы «диод — диполь» // Молодой ученый. — 2016. — №4. — С. 63-66. — URL https://moluch.ru/archive/108/26226/ (дата обращения: 19.08.2018).

 

В статье приведены формулы для расчета эквивалентного сопротивления системы «диод — диполь», которые могут применяться при расчетах параметров радиотехнических систем.

 

В настоящее время устройства, осуществляющие нелинейное или параметрическое переотражение падающей электромагнитной волны находят все большее применение. Они могут быть использованы в системах радионавигации, радиопозиционирования, для создания «умных» радиопокрытий (SmartSkin). Одним из устройств такого класса является система «диод-диполь» [2, 3], которая может быть использована как электронно управляемый рассеиватель резонансной антенны.

Система «диод-диполь» представляет собой датчик типа пассивного рассеивателя, имеющий в своем составе резонансную антенну в виде полуволнового вибратора и полупроводниковый диод в качестве нагрузки. На рис. 1 показана принципиальная схема системы «диод-диполь» [3], где обозначено: 1 — полупроводниковый вибратор, 2 — полуволновый вибратор, 3 — модулятор. Работа устройства основана на электродинамических принципах управления электромагнитным полем: при параметрическом переотражении управляющее напряжение на диоде осуществляет амплитудную модуляцию отраженной волны. Таким образом, имеется возможность электронного управления ее эффективной поверхностью рассеяния. Изменяя полупроводниковые параметры [1] системы «диод-диполь» (подавая на диод управляющее напряжение, можно изменять положение рабочей точки диода, тем самым изменяя параметры, влияющие на величину эффективной поверхности рассеяния).

Как отмечено в [3], при работе на частотах до 10 ГГц маломощный полупроводниковый диод можно рассматривать как сосредоточенную нагрузку, так как , где  — длина волны ЭМП,  — линейные размеры нагрузки.

Таким образом, в системе «диод-диполь» можно считать управляющим параметром сопротивление полупроводникового элемента полуволнового вибратора.

Рис. 1. Принципиальная схема системы «диод-диполь»

 

Рис. 2. Эквивалентная схема полупроводникового диода на СВЧ

 

В [3] предложена эквивалентная схема точечного высокочастотного диода, показанная на рис. 2, где обозначено:

rут — сопротивление утечки.

rд — дифференциальное сопротивление перехода.

rб — сопротивление базы перехода.

Cдиф — диффузионная емкость перехода.

Cб — барьерная емкость диода.

Cк — емкость корпуса и выводов диода.

Lк — индуктивность выводов и корпуса.

При использовании импульсных диодов может применяться та же эквивалентная схема [1, 3].

Если отдельно рассмотреть режимы работы диода при прямом и обратном включении диода, то приведенная на рис.2 схема может быть упрощена с учетом тех фактов, что при прямом смещении диффузионная емкость многократно преобладает над значением барьерной, следовательно, значением барьерной емкости можно пренебречь, а при обратном — емкость перехода равна барьерной емкости диода.

При прямом включении высокочастотного диода эквивалентная схема преобразуется к виду, показанному на рис. 3, в режиме обратного включения диода — на рис. 4.

Выражение для диффузионной емкости имеет вид [3]:

,(1)

где I0 — обратный ток насыщения диода, I — значение прямого тока, e — заряд электрона, ω = 2πf, f — частота тока, τр — время релаксации неосновных носителей заряда, k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура.

 

Рис. 3. Эквивалентная схема точечного диода при прямом смещении

 

Рис. 4. Эквивалентная схема точечного диода при обратном смещении

 

Дифференциальное сопротивление можно вычислить по формуле [3]:

.

Сопротивление базы можно принять равным [3]

,

где r0 — радиус контакта, ρ — удельное сопротивление полупроводника.

Из схемы, представленной на рис. 3, для расчета эквивалентного сопротивления диода можно получить следующее выражение:

,(2)

где rб — сопротивление базы перехода, Xдиф — сопротивление диффузионной емкости, rд — дифференциальное сопротивление перехода.

Сопротивление диффузионной емкости Xдиф можно определить с учетом (1) по формуле:

,(3)

С учетом (3) выражение (2) примет вид:

,

Упростив последнее соотношение, получим выражение для расчета эквивалентного сопротивления при прямом включении диода:

.(4)

где k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура, e — заряд электрона, ω — частота тока, τр — время релаксации неосновных носителей заряда, I0 — обратный ток насыщения диода, I — значение прямого тока, ω — частота тока, r0 — радиус контакта, ρ — удельное сопротивление полупроводника.

Оценим величину эквивалентного сопротивления нагрузки в режиме обратного смещения, исходя из эквивалентной схемы полупроводникового диода при работе на отрицательной ветви вольт-амперной характеристики, показанной на рис. 4. Величина барьерной емкости при этом определяется выражением [3]:

,(5)

где φк — контактная разность потенциалов, r0 — радиус контакта, ρ — удельное сопротивление полупроводника, U — напряжение на диоде.

Из схемы, представленной на рис. 4, для расчета эквивалентного сопротивления диода можно получить следующее выражение:

,(6)

где Xб — сопротивление барьерной емкости, Xк — сопротивление емкости корпуса, rут — сопротивление утечки.

За сопротивление корпуса и барьерной мощности соответственно можно принять следующие величины:

,(7)

,(8)

где f — частота сигнала.

С учетом (5), (7) и (8) соотношение (6) примет вид:

.

Упростив последнее выражение, получим формулу для расчета эквивалентного сопротивления диода при обратном включении:

,(9)

где φк — контактная разность потенциалов, r0 — радиус контакта, ρ — удельное сопротивление полупроводника, U — напряжение на диоде, ω — частота тока, Cк — емкость корпуса и выводов диода, rут — сопротивление утечки.

В режиме работы при переходе через нуль сопротивление диода изменяется от (9) к (4) за время одного полупериода колебаний, подающихся на него с автогенератора.

Таким образом, при радиотехнических расчетах возможности управления пассивным рассеивателем на базе системы «диод-диполь», а также в качестве критерия при выборе полупроводникового элемента для этой системы можно использовать формулы расчета эквивалентного сопротивления (4) и (9) при прямом и обратном смещении диода соответственно.

 

Литература:

 

1.                  Горюнов Н. Н. Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений / Н. Н. Горюнов, Ю. Р. Носов. — М.: Советское радио, 1980. — 304 с.

2.                  Лукин А. Н. Оптимальный приемник сигналов управляемых пассивных рассеивателей с амплитудной модуляцией [Текст] / А. Н. Лукин, А. В. Мальцев // Вестник Воронежского государственного технического университета. — 2009. — № 11. — С. 210–212.

3.                  Проскуряков В. Б. Повышение эффективности применения пассивных управляемых рассеивателей на базе системы «диод-диполь» [Текст]: Дисс. … канд. тех. наук. / Воронежский государственный университет. Воронеж, 2015. 121с.

Основные термины (генерируются автоматически): эквивалентная схема, диффузионная емкость, частота тока, радиус контакта, удельное сопротивление полупроводника, эквивалентное сопротивление диода, сопротивление утечки, полупроводниковый диод, барьерная емкость, абсолютная температура.


Похожие статьи

Метод расчета активного сопротивления цилиндрического...

Выведена расчетная формула для активного сопротивления цилиндрического провода на произвольной частоте.

При расстоянии между проводами многократно превышающем радиус и невысоких значениях тока «эффектом близости» можно пренебречь.

Теоретический анализ полупроводниковых резистивных цепей

ВАХ прямого тока полупроводникового диода можно описать функцией вида (рис.1). Здесь, а — коэффициент

Поэтому можно полагать, что сопротивление идеального тиристора в обратном направлении, а также и в прямом закрытом состоянии равно бесконечности.

Температурная стабилизация измерительного генератора шума

где RT — тепловое сопротивление диода с размерностью (град/ВТ), зависящее от условий теплоотвода и элементов конструкции диода.

Оно может быть рассчитано для случаев резкого (сплавного) и плавного (диффузионного) p-n переходов.

Разработка системы измерения сопротивления | Молодой ученый

Расчет эквивалентного сопротивления управляемого пассивного рассеивателя на базе системы «диод — диполь». Исследование и разработка устройства для измерения больших сопротивлений.

Оценивание рабочей ёмкости и эквивалентной диэлектрической...

Параметры R и L, отображают в эквивалентной схеме (рис. 2) продольное сопротивление цепи Z=R+jωL, а параметры C и G — поперечную

Рис. 2. Эквивалентная схема линии связи.

Аналогично определим радиус окружности С2’ по точке М2 (Z=D+R2-a1) окружности С2

Максимизация направленности фазированных антенных решеток...

В [1] ток был выбран в качестве возбуждающего действия, здесь мы выбираем напряжение.

где верхнее подчеркивание означает комплексное сопряжение, а в свободном пространстве волновое сопротивление при — это магнитное поле или обратное значение при — это...

Многочастотные измерения биоимпеданса | Статья в журнале...

активное сопротивление, зондирующий ток, удельное сопротивление, реактивное сопротивление, полезная информация, кожный регион, кожная ткань, здоровый человек, жировая ткань, эквивалентная схема.

Расчет распределения тока в плоском индукционном нагревателе...

Активное сопротивление R, Ом определяется по формуле. , (7). где r – удельное электрическое сопротивление материала проводника, Ом м. Определяем независимые контуры и их нумеруем. При наличии в схеме источников тока независимые контуры...

Метод расчета активного сопротивления цилиндрического...

Выведена расчетная формула для активного сопротивления цилиндрического провода на произвольной частоте.

При расстоянии между проводами многократно превышающем радиус и невысоких значениях тока «эффектом близости» можно пренебречь.

Теоретический анализ полупроводниковых резистивных цепей

ВАХ прямого тока полупроводникового диода можно описать функцией вида (рис.1). Здесь, а — коэффициент

Поэтому можно полагать, что сопротивление идеального тиристора в обратном направлении, а также и в прямом закрытом состоянии равно бесконечности.

Температурная стабилизация измерительного генератора шума

где RT — тепловое сопротивление диода с размерностью (град/ВТ), зависящее от условий теплоотвода и элементов конструкции диода.

Оно может быть рассчитано для случаев резкого (сплавного) и плавного (диффузионного) p-n переходов.

Разработка системы измерения сопротивления | Молодой ученый

Расчет эквивалентного сопротивления управляемого пассивного рассеивателя на базе системы «диод — диполь». Исследование и разработка устройства для измерения больших сопротивлений.

Оценивание рабочей ёмкости и эквивалентной диэлектрической...

Параметры R и L, отображают в эквивалентной схеме (рис. 2) продольное сопротивление цепи Z=R+jωL, а параметры C и G — поперечную

Рис. 2. Эквивалентная схема линии связи.

Аналогично определим радиус окружности С2’ по точке М2 (Z=D+R2-a1) окружности С2

Максимизация направленности фазированных антенных решеток...

В [1] ток был выбран в качестве возбуждающего действия, здесь мы выбираем напряжение.

где верхнее подчеркивание означает комплексное сопряжение, а в свободном пространстве волновое сопротивление при — это магнитное поле или обратное значение при — это...

Многочастотные измерения биоимпеданса | Статья в журнале...

активное сопротивление, зондирующий ток, удельное сопротивление, реактивное сопротивление, полезная информация, кожный регион, кожная ткань, здоровый человек, жировая ткань, эквивалентная схема.

Расчет распределения тока в плоском индукционном нагревателе...

Активное сопротивление R, Ом определяется по формуле. , (7). где r – удельное электрическое сопротивление материала проводника, Ом м. Определяем независимые контуры и их нумеруем. При наличии в схеме источников тока независимые контуры...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Метод расчета активного сопротивления цилиндрического...

Выведена расчетная формула для активного сопротивления цилиндрического провода на произвольной частоте.

При расстоянии между проводами многократно превышающем радиус и невысоких значениях тока «эффектом близости» можно пренебречь.

Теоретический анализ полупроводниковых резистивных цепей

ВАХ прямого тока полупроводникового диода можно описать функцией вида (рис.1). Здесь, а — коэффициент

Поэтому можно полагать, что сопротивление идеального тиристора в обратном направлении, а также и в прямом закрытом состоянии равно бесконечности.

Температурная стабилизация измерительного генератора шума

где RT — тепловое сопротивление диода с размерностью (град/ВТ), зависящее от условий теплоотвода и элементов конструкции диода.

Оно может быть рассчитано для случаев резкого (сплавного) и плавного (диффузионного) p-n переходов.

Разработка системы измерения сопротивления | Молодой ученый

Расчет эквивалентного сопротивления управляемого пассивного рассеивателя на базе системы «диод — диполь». Исследование и разработка устройства для измерения больших сопротивлений.

Оценивание рабочей ёмкости и эквивалентной диэлектрической...

Параметры R и L, отображают в эквивалентной схеме (рис. 2) продольное сопротивление цепи Z=R+jωL, а параметры C и G — поперечную

Рис. 2. Эквивалентная схема линии связи.

Аналогично определим радиус окружности С2’ по точке М2 (Z=D+R2-a1) окружности С2

Максимизация направленности фазированных антенных решеток...

В [1] ток был выбран в качестве возбуждающего действия, здесь мы выбираем напряжение.

где верхнее подчеркивание означает комплексное сопряжение, а в свободном пространстве волновое сопротивление при — это магнитное поле или обратное значение при — это...

Многочастотные измерения биоимпеданса | Статья в журнале...

активное сопротивление, зондирующий ток, удельное сопротивление, реактивное сопротивление, полезная информация, кожный регион, кожная ткань, здоровый человек, жировая ткань, эквивалентная схема.

Расчет распределения тока в плоском индукционном нагревателе...

Активное сопротивление R, Ом определяется по формуле. , (7). где r – удельное электрическое сопротивление материала проводника, Ом м. Определяем независимые контуры и их нумеруем. При наличии в схеме источников тока независимые контуры...

Метод расчета активного сопротивления цилиндрического...

Выведена расчетная формула для активного сопротивления цилиндрического провода на произвольной частоте.

При расстоянии между проводами многократно превышающем радиус и невысоких значениях тока «эффектом близости» можно пренебречь.

Теоретический анализ полупроводниковых резистивных цепей

ВАХ прямого тока полупроводникового диода можно описать функцией вида (рис.1). Здесь, а — коэффициент

Поэтому можно полагать, что сопротивление идеального тиристора в обратном направлении, а также и в прямом закрытом состоянии равно бесконечности.

Температурная стабилизация измерительного генератора шума

где RT — тепловое сопротивление диода с размерностью (град/ВТ), зависящее от условий теплоотвода и элементов конструкции диода.

Оно может быть рассчитано для случаев резкого (сплавного) и плавного (диффузионного) p-n переходов.

Разработка системы измерения сопротивления | Молодой ученый

Расчет эквивалентного сопротивления управляемого пассивного рассеивателя на базе системы «диод — диполь». Исследование и разработка устройства для измерения больших сопротивлений.

Оценивание рабочей ёмкости и эквивалентной диэлектрической...

Параметры R и L, отображают в эквивалентной схеме (рис. 2) продольное сопротивление цепи Z=R+jωL, а параметры C и G — поперечную

Рис. 2. Эквивалентная схема линии связи.

Аналогично определим радиус окружности С2’ по точке М2 (Z=D+R2-a1) окружности С2

Максимизация направленности фазированных антенных решеток...

В [1] ток был выбран в качестве возбуждающего действия, здесь мы выбираем напряжение.

где верхнее подчеркивание означает комплексное сопряжение, а в свободном пространстве волновое сопротивление при — это магнитное поле или обратное значение при — это...

Многочастотные измерения биоимпеданса | Статья в журнале...

активное сопротивление, зондирующий ток, удельное сопротивление, реактивное сопротивление, полезная информация, кожный регион, кожная ткань, здоровый человек, жировая ткань, эквивалентная схема.

Расчет распределения тока в плоском индукционном нагревателе...

Активное сопротивление R, Ом определяется по формуле. , (7). где r – удельное электрическое сопротивление материала проводника, Ом м. Определяем независимые контуры и их нумеруем. При наличии в схеме источников тока независимые контуры...

Задать вопрос