Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016




Скачать 2.32 Mb.
Название Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016
страница 6/17
Тип Документы
rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Документы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17

~

Рис. 3. Эквивалентная схема высокочастотной части исследуемого генератора в режиме усиления в системе OrCad

R16

C4

L13

R17

R14

C10

R51

R41

L16

+



+



C17

V1

R52

R49

C63

C62

L14

+



+



L15

R47

R43

R48

R45

+



L17

X2

Рис. 4. Принципиальная схема исследуемого генератора с резистивным согласующим устройством и эквивалентной схемой ЖИГ в системе MicroCap-9
В результате проведенного схемотехнического моделирования показано удовлетворительное совпадение АЧХ и ФЧХ эквивалентной схемы с амплитудным и фазовым спектрами принципиальной схемы соответственно. Значения параметров элементов этих схем совпадают полностью.

Сравнение результатов расчетов схемы генератора с использованием моделей ЭС нелинейных элементов, полученных в данной работе, и результатов схемотехнического моделирования показывает возможность использования этих моделей для параметрического синтеза любых радиотехнических устройств на транзисторах или микросхемах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК


  1. Фельдштейн А. Л., Явич Л. Р. Синтез четырехполюсников и многополюсников СВЧ. М. : Связь, 1971. 388 с.

  2. Головков А. А., Ишутин Д. А. Математическое и схемотехническое моделирование генераторов и частотных модуляторов с произвольной цепью прямой передачи и параллельной по току обратной связью // Теория и техника радиосвязи. 2012. № 4. C. 62–69.

  3. Головков А. А., Димитренко В. Н. Математическое и схемотехническое моделирование генераторов и частотных модуляторов с вариантами включения трехполюсного нелинейного элемента перед согласующим реактивным четырехполюсником и после него. Последовательное соединение нелинейного элемента и цепи обратной связи // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2012. Т. 10, № 3. C. 81–88.

  4. Головков А. А., Ференец П. С. Математическое и схемотехническое моделирование генераторов многочастотных сигналов и частотных модуляторов с внутренней обратной связью при включении активного двухполюсного нелинейного элемента перед резистивным четырехполюсником // Наукоемкие технологии. 2012. Т. 13, № 4. C. 12–16.

  5. Головков А. А., Рагозин А. В. Математическое и схемотехническое моделирование генераторов и частотных модуляторов с вариантами включения параллельного соединения трехполюсного нелинейного элемента и цепи обратной связи перед резистивным четырехполюсником и после него // Нелинейный мир. 2012. Т. 10, № 9. C. 623–628.

  6. Куликовский А. А. Устойчивость активных линеаризованных цепей с усилительными приборами нового типа. М. ; Госэнергоиздат, 1962. 192 с.

  7. Головков А. А., Головков В. А. Параметрический синтез амплитудно-фазовых модуляторов с различными вариантами включения нелинейного элемента относительно резистивного четырехполюсника // Радиотехника и электроника. 2013. № 8. C. 609–618.

  8. Игнатьев А. А., Ляшенко А. В. Гетеромагнитная электроника : Микросистемы активного типа. М. : Наука, 2007. 612 с.



УДК 621.396.66
ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ И ОБЛАСТИ ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗУЕМОСТИ СОГЛАСУЮЩИХ ПО КРИТЕРИЮ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТАЦИОНАРНОГО

РЕЖИМА ГЕНЕРАЦИИ РЕЗИСТИВНЫХ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ
А. А. Головков, В. А. Головков*
Военный учебно-научный центр ВВС Военно-воздушной академии

Россия, 394064, Воронеж, Старых большевиков, 54а

E-mail: vaiu @ mail. ru
*Воронежское конструкторское бюро антенно-фидерных устройств

Россия, 394026 , Воронеж, Текстильщиков, 1

E-mail: vladimir. golovkov @ yandex. ru
На основе иммитансного критерия устойчивости определены оптимальные взаимосвязи между элементами классической матрицы передачи, которые использованы для отыскания значений сопротивлений и областей физической реализуемости двухполюсников типовых схем согласующих по критерию обеспечения стационарного режима генерации резистивных четырехполюсников, включаемых между активным и пассивным каскадами.

Ключевые слова: автогенератор, оптимальные значения сопротивлений резистивного двухполюсника, четырехполюсник.
Parametrical Synthesis and Areas of a Physical Realizability

Matching by Generation Stationary Mode Criterion

of Maintenance of Resistiv Four-port Networks
A. A Golovkov, V. A. Golovkov
On a basis imminency criterion of stability optimum interrelations between elements of a classical matrix of transfer which are used for search of values of resistance and areas of a physical realizability of two-poles of typical schemes matching by criterion of maintenance of a stationary mode of generation of the resistive two-port networks included between active and passive cascades are defined.

Key words: oscillator, optimum values of resistance of resistive dipole, four-port networks.
Известное соотношение x1 + x2 + x3 = 0 [1] между сопротивлениями реактивных двухполюсников П-образного четырехполюсника в цепи параллельной по напряжению обратной связи трехточечных автогенераторов для обеспечения стационарного режима генерации обладает простотой физической наглядностью, но его выполнение на практике не всегда приводит к возникновению электромагнитных колебаний вообще и на заданных частотах в частности. Часто приходится многократно варьировать параметры цепи обратной связи до получения необходимого результата – генерации колебаний вблизи заданной частоты. Такое положение связано с тем, что указанное соотношение не учитывает всей совокупности исходных данных (полосу частот, тип активного и управляемого нелинейного элементов, сопротивления нагрузки и т. д.). Для устранения этого недостатка в настоящее время решены задачи параметрического синтеза автогенераторов, основанных на использовании согласующих по критерию обеспечения стационарного режима генерации резистивных четырехполюсников [2, 3].

Недостатком полученных при этом моделей является ограниченность комбинаций двухполюсников типовых схем резистивных четырехполюсников, для которых определены оптимальные по указанному критерию значения сопротивлений двухполюсников и области их физической реализуемости. Не определены также границы области физической реализуемости режима генерации на плоскостях комплексных входных сопротивлений последующего относительно выбранного сечения каскада и комплексных выходных сопротивлений предыдущего относительно выбранного сечения каскада. Указанные ограничения не позволяют расширить границы области физической реализуемости стационарного режима генерации в пространстве исходных данных. В данной статье делается попытка устранения этого недостатка.

Пусть согласующий резистивный четырехполюсник (СРЧ) расположен между произвольными предыдущим каскадом с известным выходным сопротивлением и последующим каскадом с известным входным сопротивлением. Один из каскадов (предыдущий или последующий по отношению к СРЧ) является активным, т. е. содержит по крайней мере один активный двухполюсный или многополюсный нелинейный элемент и различные виды обратной связи. Второй каскад является пассивным (рис. 1).
Zвых

Zвх

СРЧ

1

1

Рис. 1. Обобщенная структурная схема исследуемых автогенераторов
Иммитансный критерий устойчивости (характеристическое уравнение) для стационарного режима генерации [4] в сечении 1–1 (см. рис. 1) можно записать в следующем виде:


,

(1)

где a, b, c, d – действительные элементы классической матрицы передачи СРЧ; zвх = rвх + jxвх – зависимость согласуемого по этому же критерию входного комплексного сопротивления последующего каскада от частоты; zвых = rвых + jxвых – зависимость согласуемого по критерию обеспечения стационарного режима генерации выходного комплексного сопротивления предыдущего каскада от частоты.

Разделим в (1) действительную и мнимую части. Получим систему двух уравнений, решение которой имеет форму взаимосвязей между элементами классической матрицы передачи СРЧ:


,

,

(2)


где;;;;;.

Второе решение (1):


,

,

(3)


где;;;;;.

Для определения оптимальных зависимостей сопротивлений двухполюсников типовых схем согласующих резистивных четырехполюсников от частоты необходимо найти элементы классической матрицы передачи выбранной схемы, подставить их в (2) или (3) и затем решить сформированную таким образом систему действительных уравнений относительно сопротивлений каких-либо двух двухполюсников этой схемы. В соответствии с этим алгоритмом были найдены выражения для определения значений сопротивлений полной группы сочетаний по два из числа двухполюсников 9 типовых схем резистивных четырехполюсников. В качестве примера для случая использования взаимосвязей (2) здесь приведено решение для второго и третьего двухполюсников П-образного четырехполюсника:


,

,

.

(4)


Если использованы взаимосвязи (3) и четырехполюсник выполнен в виде П-образного звена, то

,

,

.

(5)


Входящие в (4) или (5) подкоренные выражения, приравненные нулю, образуют собой уравнения границы областей физической реализуемости выбранных схем четырехполюсников как областей изменения действительной и мнимой составляющих выходного сопротивления предыдущего каскада или входного сопротивления последующего каскада, при которых обеспечиваются выбранные взаимосвязи (2) или (3) соответственно. Так как удобнее варьировать параметры пассивного каскада, то формулы типа (4) целесообразнее использовать для синтеза автогенераторов при пассивном предыдущем каскаде, а формулы (5) – для синтеза автогенераторов при пассивном последующем каскаде. Эти уравнения описывают окружности на диаграмме Смита [5], подобные годографам, полученным им для согласующих по критерию обеспечения минимума отраженного сигнала устройств, и расширяют представления о процессах формирования колебаний с заданными частотами генерации с учетом физической реализуемости.

В качестве примера на рис. 2 показана синтезированная с помощью полученных результатов схема автогенератора с внутренней обратной связью. Верхняя и нижняя частоты зависимости частоты генерации от изменения выбранного управляемого параметра определяются из условия равенства нулю подкоренного выражения в формулах типа (5) для определения значений параметров резистивных двухполюсников. Индуктивности L6, L7 необходимы для питания активного диода X1, в качестве которого использовался туннельный диод MBD4057. Изменение индуктивности L6 значительно влияет на добротность всей схемы. Согласующее устройство выполнено на элементах R12, R13, R15. Двухконтурная схема на элементах L3, C3, L4, C6, R14 может рассматриваться как эквивалентная схема некоторого управляемого элемента, например магниточувствительного элемента в виде образца железоиттриевого граната (ЖИГ) [6].
R1

V1

R2

C1

R3

L1

+



+



+



L7

R15

R12

R13

X1

L6

+



+



C6

L4

R14

C7

R4

C3

L3

Рис. 2. Схема автогенератора, исследуемая в системе MicroCap
Зависимость частоты генерации от изменения индуктивности L4 и резонансной частоты (основные характеристики схемы (см. рис. 2)) эквивалентной схемы ЖИГ представлена на рис. 3, а, б.

Используя известные зависимости резонансной частоты образца ЖИГ типа КГ-12 от напряженности магнитного поля [6] и зависимость частоты генерации от резонансной частоты эквивалентной схемы ЖИГ (см. рис. 3. б), можно построить зависимость частоты генерации от напряженности магнитного поля (см. рис. 3, в) для исследуемой схемы (см. рис. 2), в которой вместо эквивалентной схемы включен реальный образец ЖИГ. Крутизна этой характеристики (магнитная чувствительность) составляет примерно 25 мГц/Э. Погрешность определения напряженности магнитного поля прямо пропорциональна половине абсолютной нестабильности частоты генерации и обратно пропорциональна магнитной чувствительности.
а

Fg1, МГц

Fg1, МГц

L4, нГн

1×10–9

1×10–7

8×103

9×103

1×104

1,1×104

8×103

9×103

1×104

1,1×104

0,9

1

1,1

fp×103, МГц

б

Fg1, МГц

8×103

9×103

1×104

1,1×104

300

350

400

H, Э

в

Рис. 3. Экспериментальные зависимости частоты генерируемых колебаний от изменения индуктивности (а), резонансной частоты (б) эквивалентной схемы ЖИГ и напряженности магнитного поля (в)

Таким образом, проведенное схемотехническое моделирование показало возможность использования полученных результатов для технического проектирования автогенераторов, в том числе и магниточувствительных, с применением согласующих по критерию обеспечения стационарного режима генерации резистивных четырехполюсников.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК


  1. Справочник по радиоэлектронике / под общ. ред. А. А. Куликовского : в 3 т. М. : Энергия, 1968. Т. 2. 536 с.

  2. Головков А. А., Ференец П. С. Математическое и схемотехническое моделирование генераторов многочастотных сигналов и частотных модуляторов с внутренней обратной связью при включении активного двухполюсного нелинейного элемента перед резистивным четырехполюсником // Наукоемкие технологии. 2012. Т. 13, № 4. C. 12–16.

  3. Головков А. А., Рагозин А. В. Математическое и схемотехническое моделирование генераторов и частотных модуляторов с вариантами включения параллельного соединения трехполюсного нелинейного элемента и цепи обратной связи перед резистивным четырехполюсником и после него // Нелинейный мир. 2012. Т. 10, № 9. C. 623–628.

  4. Куликовский А. А. Устойчивость активных линеаризованных цепей с усилительными приборами нового типа. М. : Госэнергоиздат, 1962. 192 с.

  5. Смит Ф. Круговые диаграммы в радиоэлектронике / пер. с англ. М. Н. Бергера, Б. Ю. Капилевича. М. : Связь, 1976. 142 с.

  6. Игнатьев А. А., Ляшенко А. В. Гетеромагнитная электроника : Микросистемы активного типа. М. : Наука, 2007. 612 с.



УДК 629.58: 681.5; 629.7.058.52; 621.3.084.2: 66.02
ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ СЕНСОРЫ СЛАБЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ (обзор патентов)
А. А. Игнатьев, С. П. Кудрявцева, А. А. Маслов, А. В. Васильев
Саратовский национальный исследовательский

государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

Россия, 410012, Саратов, Астраханская, 83

E-mail: kof@sgu.ru
Приводятся результаты поиска и анализа патентов европейской базы данных 2015 г. по сенсорам слабых магнитных полей, имеющим высокую чувствительность при малых габаритах и массе.

Ключевые слова: магнитное поле, магнитный сенсор, чувствительность.
Highly Sensitive Sensors of Weak Magnetic Fields

(Patent Review)


  1. A. Ignatiev, S. P. Kudryavceva, A. A. Maslov, A. V. Vasiliev


The search results and analysis of 2015 year European patent database of weak magnetic field sensors, having high sensitivity with small dimensions and weight.

Key words: magnetic field, magnetic sensor, sensitivity.
Проблема создания высокочувствительных миниатюрных сенсоров слабых магнитных полей продолжает оставаться актуальной для автономной геомагнитной навигации, систем позиционирования и ориентации объектов [1, 2]. Предъявляются очень высокие требования к характеристикам магнитных сенсоров:

  • разрешающая способность 0,1 нТл и менее;

  • диапазон измеряемых магнитных полей от 100 мкТл;

  • объем 0,1 л и менее;

  • масса 50 г и менее.

Установлено, что таким требованиям в наибольшей степени удовлетворяют магниторезистивные, магниторезонансные и феррозондовые сенсоры [3].

Разработчикам магнитных сенсоров регулярно предоставлялась информация о новейших мировых изобретениях в этой области начиная с 2004 года [4–6]. Настоящий патентный поиск проводился по европейской базе данных 2015 года (http// ep.espacenet.com). Ниже приводится информация (в авторском переводе иностранных патентов) по магниторезистивным, магниторезонансным и феррозондовым сенсорам, технические решения которых в определенной степени отвечают вышеуказанным требованиям, полученная в результате анализа порядка 1000 изобретений по магнитным сенсорам.

Конструктивно магниторезистивные сенсоры имеют вид полосковых элементов на основе тонкопленочного композитного магниторезистивного материала. Измерительные устройства на их основе содержат 1, 2 или 3 сенсора для определения компонент магнитного поля и блок обработки сигналов.

В патенте Японии EP2891894 предметом изобретения является малогабаритный магнитный сенсор (размеры менее 10 мм) идентификации среды в виде магниторезистивной пленки, расположенной на постоянном магните. Сенсор способен обнаруживать изменения компонент магнитного поля в направлении движения идентифицируемой среды. Чувствительность сенсора составляет 1 мТл.

В патенте Китая WO2015096731 заявлен высокочувствительный сенсор, содержащий два магниторезистивных чувствительных элемента, являющихся плечами моста. Приводится зависимость выходного напряжения от напряженности магнитного поля. Разрешающая способность составляет 0,1 мТл.

В патенте России RU 2536083 предметом изобретения является датчик слабых высокочастотных магнитных полей. Датчик содержит диэлектрическую подложку, на верхней стороне которой нанесены полосковые проводники двух микрополосковых резонаторов, а на нижней – магнитная пленка, покрытая металлическим слоем, выполняющим роль экрана. Проводники резонаторов расположены под оптимальным углом друг к другу, обеспечивающим максимальный коэффициент преобразования датчика. Коэффициент преобразования определяется как отношение изменения сигнала на детекторе к величине измеряемого магнитного поля.

Заявленный датчик слабых высокочастотных магнитных полей работает следующим образом. Мощность СВЧ-генератора одновременно подается на оба микрополосковых резонатора. Измеряемое магнитное поле воздействует на тонкую магнитную пленку (ТМП), находящуюся в области пучности СВЧ-магнитного поля резонаторов. Это приводит к разнонаправленному изменению магнитной восприимчивости тонких магнитных пленок в разных резонаторах и, как следствие, к разнонаправленному перераспределению амплитуд высокочастотного напряжения на полосковых проводниках резонаторов на частоте СВЧ-генератора. Поэтому в точках на полосковых проводниках резонаторов, с которых снимаются сигналы, амплитуда одного сигнала возрастает, а другого убывает, и наоборот в зависимости от знака изменения поля.

В ФГБУН «Институт физики им. Л. В. Киренского» Сибирского отделения РАН (г. Красноярск) проведены экспериментальные исследования макета заявленного датчика. На макете датчика удалось получить коэффициент преобразования 60 В/мТл, который остается постоянным в диапазоне частот от1 кГц до10 МГц. Диапазон измеряемых магнитных полей составляет 10–5–10–12Тл. Датчик имеет малый размер чувствительной зоны, определяемый размерами ТМП, который на много порядков меньше длины принимаемой электромагнитной волны. В изготовленном макете датчика этот размер составляет 610 мм2.

В патенте США US 2016003924 предложено устройство для обнаружения слабого магнитного поля от 1,5 до 2,5 мТл магниторезонансным методом. Резонатор выполнен на основе магнитострикционного и пьезоэлектрического слоев с толщиной каждого от 50 нм до 5 мм и имеет резонансную частоту в диапазоне от 1МГц до 10 ГГц.

В патенте России RU 2564383 предметом изобретения является датчик переменного магнитного поля, чувствительным элементом которого является ферритовый стержень. Технический результат заключается в обеспечении:

  • стабильности измерения переменного магнитного поля при перемещении самого датчика в постоянных и низкочастотных магнитных полях Земли;

  • повышения помехозащищенности датчика от электрических помех;

  • повышения чувствительности;

  • возможности перестройки по частоте принимаемого узкополосного переменного магнитного сигнала.

Анализ патентов показал, что уровень достигнутой разрешающей способности малогабаритных магнитных сенсоров составляет не менее 0,1 мТл. Поэтому исследования по созданию малогабаритных сенсоров слабых магнитных полей с разрешающей способностью менее 0,1мТл продолжают быть актуальными.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК


  1. Игнатьев А. А., Куликов М. Н., Кудрявцева С. П., Романченко Л. А., Страхова Л. Л. Автономные навигационные системы (патентно-информационные исследования) // Гетеромагнитная микроэлектроника : сб. науч. тр. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2008. Вып. 5 : Прикладные аспекты микро- и наноэлектроники. С. 104–112.

  2. Игнатьев А. А., Кудрявцева С. П., Куликов М. Н., Страхова Л. Л. Магнитная навигация подвижных объектов (анализ патентной документации) // Гетеромагнитная микроэлектроника : сб. науч. тр. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2012. Вып. 12 : Гетеромагнитная микро- и наноэлектроника. Методические аспекты физического образования. Экономика в промышленности. С. 76–94.

  3. Крюков И. Н., Звежинский С. С., Иванов В. А., Гомонов А. Н., Духан Е. И. Магнитометрические средства обнаружения. Теория и практика построения. М. : Радиотехника, 2013. 192 с.

  4. Игнатьев А. А., Ляшенко А. В., Костяков В. А., Кудрявцева С .П., Романченко Л. А., Сотов Л. С., Страхова Л. Л., Хвалин А. Л. Отечественные и зарубежные патенты по магнитометрическим датчикам и магнитометрам за 1994 – 2003 годы // Гетеромагнитная микроэлектроника : сб. докл. и ст. науч.-техн. совещ. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2004. Вып. 1 : Многофункциональные комплексированные устройства и системы СВЧ- и КВЧ-диапазонов. C. 152–165.

  5. Кудрявцева С. П., Романченко Л. А., Страхова Л. Л., Сотов Л. С., Маслов А. А.. Анализ патентной информации характеристик магнитометрических датчиков из магниторезистивных и полупроводниковых материалов, датчиков генераторного типа, микрорезонаторных датчиков и магнитометров на их основе // Гетеромагнитная микроэлектроника : сб. докл. и ст. II и III науч. техн. совещ. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2005. Вып. 2 : Методы проектирования магнитоэлектронных устройств. C. 175–191.

  6. Игнатьев А. А., Кудрявцева С. П., Куликов М. Н., Романченко Л. А., Страхова Л. Л. Микродатчики магнитного поля и механических воздействий (патентные исследования) // Гетеромагнитная микроэлектроника : cб. науч. тр. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2008. Вып. 4 : Гетеромагнитная микро- и наноэлектроника. Прикладные аспекты. Устройства различного назначения. С. 68–74.



УДК 621.3.032.21
АНОМАЛЬНЫЙ ДРОБОВОЙ ШУМ

НА НЕОДНОРОДНОМ ПОТЕНЦИАЛЬНОМ БАРЬЕРЕ
А. С. Шаповалов, М. Г. Инкин, К. В. Мироненко
Саратовский национальный исследовательский

государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

Россия, 410012, Саратов, Астраханская, 83

E-mail: shapovalovast@mail.ru
Исследуется зависимость спектральной плотности аномального дробового шума от частоты и параметра неоднородности эмиссионных состояний эмиттера электронов. Определяется ширина спектра флуктуаций.

Ключевые слова: флуктуация, неоднородный эмиттер, аномальный дробовой шум, спектральная плотность.
Anomalous Shot Noise on Inhomogeneous Potential Barrier


  1. S. Shapovalov, M. G. Inkin, K. V. Mironenko


It is investigated the dependence of the anomalous shot noise spectral density on the frequency and parameter of inhomogeneity of emission states of the electron emitter. The fluctuation spectrum width is determined.

Key words: fluctuation, inhomogeneous emitter, anomalous shot noise, spectral density.
Экспериментальные исследования дробовых флуктуаций тока показывают [1–4], что спектральная плотность на потенциальном барьере, в частности на поверхности реального эмиттера электронов, может значительно превышать (на порядок и более) уровень, определяемый формулой Шоттки. Подобные флуктуации авторы работ [3, 4] назвали аномальным дробовым шумом. Теоретические исследования [1, 2] дробовых шумов, генерируемых на неоднородных потенциальных барьерах, приводят к выводу, что одной из наиболее вероятных причин возникновения аномального дробового шума является неоднородность барьера. Применительно к потенциальному барьеру на поверхности катода вакуумного электронного прибора такой неоднородностью могут служить наличие различных эмиссионных состояний катода и их непрерывная смена. Предложенные статистические модели неоднородных эмиттеров [1, 2, 5] позволили рассчитать и сопоставить с данными экспериментов уровень аномального дробового шума на достаточно низких частотах (ω << 2π I0/e).

В данной статье приводятся детальные результаты расчета зависимости спектральной плотности аномального дробового шума от частоты и характеристик неоднородности катода.

Статистический механизм возникновения аномального дробового шума заключается в том, что неоднородность и смена эмиссионных состояний катода приводят к тому, что последовательность актов испускания электронов перестает быть пуассоновским процессом, т. е. процессом без последействия. Возникновение последействия порождает дополнительную (аномальную) компоненту дробового шума. Расчет спектральной плотности дробовых флуктуаций тока эмиссии Si(ω) при произвольном законе распределения интервала времени τ между двумя последовательными актами испускания электронов приводит к следующему выражению [1, 2]:


,

(1)


где ω – круговая частота; e – абсолютная величина заряда электрона; I0 – постоянная составляющая тока; ; M – символ взятия математического ожидания. Первое слагаемое в правой части равенства (1) совпадает с формулой Шоттки и описывает уровень дробового шума однородного катода (без учета пролетных эффектов). Второе слагаемое дает уровень дополнительной компоненты шума, вызванной неоднородностью эмиттера.

Множитель




(2)


фактически является коэффициентом повышения полного уровня дробовых шумов относительно уровня Шоттки. Уровень аномальной компоненты шума в относительных единицах характеризует величина (γ(ω) – 1).

В качестве модели неоднородного эмиттера примем следующую статистическую схему. Будем считать, что в каждом эмиссионном состоянии эмиттера условная плотность распределения f(τ|λ) интервала τ описывается экспоненциальным законом
,
где λ – случайная величина, являющаяся параметром интенсивности эмиссии и равная условному математическому ожиданию числа электронов, эмитируемых в единицу времени при условии, что эмиттер находится в данном эмиссионном состоянии. Предположим также, что параметр λ распределен по закону равномерной плотности.

где λа и λр – наибольшее и наименьшее значение параметра интенсивности эмиссии.

Безусловная плотность распределения интервала f(τ) определится интегралом по λ от произведения f(τ|λ)ψ(λ) [2], а коэффициент повышения полного шума, как нетрудно показать, опишется выражением


,

(3)


где – безразмерная частота флуктуаций; – среднее значение интервала τ, определяющее постоянную составляющую тока эмиссии ;  = λар – коэффициент неоднородности эмиссионных состояний катода, равный максимальному перепаду параметра интенсивности эмиссии;


,

(4)




,

(5)




.

(6)


Соотношения (2)–(6) позволяют рассчитать в относительных единицах и уровень полного шума γ, и уровень аномальной компоненты шума ( – 1) при любых значениях частоты флуктуаций Ω и параметра неоднородности эмиссионных состояний катода η.

Кривые зависимости уровня аномальной компоненты дробового шума ( – 1) от безразмерной частоты флуктуаций Ω при значениях параметра неоднородности эмиттер η, равных соответственно 20, 100, 500, 1000, представлены на рис. 1. Указанные кривые иллюстрируют влияние эффекта последействия, возникающего вследствие неоднородности эмиттера, на максимальный уровень аномальной компоненты шума (max – 1) (здесь γmax = γ(Ω→0)) и на частотную зависимость ее спектральной плотности. При Ω<<0,01 аномальный дробовой шум является белым. С увеличением Ω проявляется зависимость его уровня от частоты. По мере роста параметра неоднородности η максимальный уровень аномального дробового шума монотонно увеличивается, но частота среза, а следовательно, и ширина спектра аномальных флуктуаций падают.

0

0,04

0,08

0,12

0,16

Ω

10

20

30

40

γ – 1

η=20

100

500

1000

Рис. 1. Зависимость уровня аномального дробового шума от частоты при различных значениях параметра неоднородности эмиссионных состояний
Для наглядности эффекта влияния неоднородности эмиттера на ширину спектра флуктуаций на рис. 2 приведены кривые зависимости от частоты отношения ( – 1) / (max – 1) для значений η, равных соответственно 2, 20, 100, 1000.
0

0,4

0,8

1,6

Ω

0,25

(γ – 1)/(γmax – 1)

η=20

100

500

1000

0,50

1,75

1,00

0,2

0,6

1,0

1,4

1,8

1,2

Рис. 2. Зависимость относительного изменения уровня аномального дробового шума от частоты при различных значениях параметра неоднородности эмиссионных состояний

Данные рис. 2 были использованы для определения ширины спектра аномальной компоненты дробового шума.

Кривая, отражающая зависимость ширины спектра флуктуаций ΔΩ от параметра неоднородности эмиссионных состояний, показана на рис. 3. При η = 2, когда неоднородность эмиттера мала, ширина спектра ΔΩ практически равна 1. С увеличением параметра неоднородности на три порядка величина ΔΩ уменьшается почти на два порядка.

10

100

η

1

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

ΔΩ
Рис. 3. Зависимость ширины спектра ΔΩ аномального дробового шума от параметра неоднородности эмиссионных состояний

Отмеченное уменьшение ширины спектра аномальных дробовых флуктуаций с увеличением параметра неоднородности эмиттера с практической точки зрения можно считать положительным эффектом, так как появляется возможность снизить влияние аномальной компоненты на полный уровень шума путем выбора рабочего диапазона частот разрабатываемого прибора за пределами шумовой полосы. Однако возможности такого способа снижения шума весьма ограничены вследствие того, что могут быть реализованы только при малых рабочих токах I0, позволяющих работать при Ω > 0,020,04 (см. рис.1). Таким образом, основным методом подавления аномального дробового шума следует считать разработку новых эмиссионных материалов и технологий изготовления однородных эмиссионных покрытий и систем. Естественно, идеальной однородности достичь затруднительно. Поэтому при использовании современных реальных эмиттеров необходимо учитывать возможность проявления аномального дробового эффекта.

Проведенное исследование подтвердило и дополнило числовыми данными основные выводы общей теории аномального дробового шума о влиянии последействия процесса испускания электронов неоднородным эмиттером на уровень и ширину спектра флуктуаций. Использованный подход может быть применен для анализа дробовых шумов, генерируемых на неоднородных потенциальных барьерах в полупроводниках, полупроводниковых приборах и других системах.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК


  1. Шаповалов А. С. Вероятностные расчеты в физике. Саратов : Сарат. источник, 2015. 72 с.

  2. Шаповалов А. С., Голубенцев А. Ф., Денисов Ю. И. Эмиссионные и шумовые свойства неоднородных эмиттеров. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 1983. 92 с.

  3. Набоков Ю. И., Авдеев В. Е. Об аномальном дробовом эффекте в приборах с оксидным катодом // Изв. АН СССР. Сер. Физическая. 1969. Т. 33, № 3. С. 452–457.

  4. Попов А. И., Колпаков Д .Е. О возможном механизме аномально высоких дробовых шумов в ПУЛ // Электронная техника. Сер. 5, Приемно-усилительные лампы. 1971. Вып. 1. С. 35–42.

  5. Мироненко К. В., Инкин М. Г., Минкин Л. М., Шаповалов А. С. Энергетические характеристики аномального дробового шума для трехуровневой симметричной модели неоднородного эмиттера // Вопр. прикладной физики : межвуз. науч. сб. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2015. Вып. 22. С. 52–53.



УДК 50.41.00

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17

Похожие:

Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016 icon Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко...
Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых изданий, в которых
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016 icon Издательство саратовского университета
Для преподавателей, научных работников и студентов, обучающихся по специальности «Социально-культурный сервис и туризм»
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016 icon Учебное пособие для преподавателей и студентов медицинских институтов...
Ценность брошюры заключается также и в том, что в ней напоминается о многих ученых, внесших большой вклад в развитие неврологии и...
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016 icon Издательство саратовского университета
Франции и Англии xvii–xix вв до нынешних проблем культурного сотрудничества в Западной Польше. Особое внимание уделяется практике...
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016 icon Учебник для вузов
Под редакцией Заслуженного деятеля науки Российской Федерации, профессора Р. С. Белкина
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016 icon К. Гроер Д. Кавалларо Перевод с английского канд мед наук Е. Б. Клейменовой...
Книга рекомендована Управлением учебных заведений Министерства здравоохранения и медицинской промышленности Российской Федерации...
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016 icon Учебное пособие под редакцией профессора С. И. Данилова
Грибковые заболевания кожи. Учебное пособие под ред проф. Си. Данилова спбгма им. И. И. Мечникова спб: 2005. С. 124
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016 icon Весы 2009 -№39 Альманах гуманитарных кафедр Балашовского института...
Альманах гуманитарных кафедр Балашовского института Саратовского государственного университета им
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016 icon Радиожурналистика под редакцией профессора A. A. Шереля
Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся...
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016 icon Радиожурналистика под редакцией профессора A. A. Шереля
Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся...
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016 icon Методическое пособие для студентов 2-го курса, обучающихся по специальности...
Под редакцией зав кафедрой пропедевтики внутренних болезней профессора В. В. Аникина
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016 icon Методические рекомендации по оформлению отчета производственной практики...
Под редакцией заведующей кафедрой госпитальной педиатрии д м н., профессора М. А. Скачковой
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016 icon Н. И. Бычков, Ю. Л. Колчинский, С. М. Семин Под общей редакцией доктора...
Экзаменационные билеты для приема теоретического экзамена по безопасной эксплуатации самоходных машин категории «С»
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016 icon Регламент информационно-вычислительной сети сгту
Ивс саратовского государственного технического университета объединяет подразделения университета в информационно-коммуникационную...
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016 icon Собриология наука об отрезвлении общества под редакцией профессора А. Н. Маюрова
Собриология. Наука об отрезвлении общества. /Под ред проф. А. Н. Маюрова. Авторы: А. Н. Маюров, В. П. Кривоногов, Н. А. Гринченко,...
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2016 icon Собриология наука об отрезвлении общества под редакцией профессора А. Н. Маюрова
Собриология. Наука об отрезвлении общества. /Под ред проф. А. Н. Маюрова. Авторы: А. Н. Маюров, В. П. Кривоногов, Н. А. Гринченко,...

Руководство, инструкция по применению






При копировании материала укажите ссылку © 2024
контакты
rykovodstvo.ru
Поиск