Диссертация (1143140), страница 54

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 54)

Применение разработанной программы расчета проникающего рентгеновского излученияна основе аппроксимации массовых коэффициентов ослабления электромагнитногоизлучения рентгеновского диапазона суммой двух степенных функций создает основу дляпроектирования двуэнергетических рентгеновских систем.22. Предложенные оригинальные схемотехнические решения позволили создать ряд серийноспособныхППУдрайверовакустооптическихмодуляторов,малогабаритныхвысокочувствительных фотоприёмных устройств для региональных и внутриобъектовыхВОСПИ, открытых линий передачи, обеспечивающих обработку как аналоговых, так ицифровых сигналов в широком диапазоне частот.

Внедрение модулей ФПУ позволилоповысить в 2-3 раза дальность действия волоконно-оптических линий связи за счётповышения чувствительности ФПУ.23. Впервые в РФ была разработана и внедрена цифровая система передачи видеосигналаВОМ-124 с частотой оцифровки телевизионного сигнала 27 МГц в соответствии состандартами ITU-R BT 601 и ITU-R BT 656, что соответствует уровню профессиональногостудийного качества.

Использование методики расчета чувствительности ФПУрадиотехнических ППУ, предложенной в диссертации, определило дальность передачимультиплексированного потока 40 км с отношением сигнал/шум 72 дБ при использовании267лазера и одномодового волокна.24. Разработаны и внедрены в промышленно эксплуатируемые телекоммуникационныесистемы миниатюрные волоконно-оптические модемы передачи телевизионного сигналапо волоконно-оптическому кабелю. Телевизионные волоконно-оптические модемыобладают большой дальностью передачи, высоким отношением сигнал/шум, малымипотребляемой мощностью, габаритами и массой.

Использование миниатюрныхтелевизионных волоконно-оптических модемов определило безотказную круглосуточнуюработу спроектированных и внедрённых сетей видеонаблюдения в условиях сильныхэлектромагнитных помех, свойственных промышленным объектам.25. Впервые разработанный волоконно-оптический регистратор временных задержекмоментов срабатывания источников ударных волн в сейсморазведке, представляющийсобой радиотехническое ППУ, позволяет повысить точность определения моментовсрабатывания источников ударных волн в десятки раз, что позволяет повысить точностьпривязки сейсмограмм к местности.26.

Разработанные на основе предложенных в диссертации методик конструированиярадиотехнических ППУ: малогабаритный аэрозольный фотометр, интегратор фототока иблок управления, регистрации и обработки информации (УРОИ) позволили впервыереализовать чувствительность газоанализаторов на основе эффекта проявлениямолекулярных ядер конденсации (МоЯК) к ряду вредных и опасных веществ до десятыхдолей предельно допустимых концентраций (ПДК), что существенно превышает мировойуровень.27. Внедрение разработанных и серийно изготовленных газоанализаторов на МоЯК дляизмеренияконцентрацийотравляющихвеществипритаилюизитасоздалоинструментальную базу для мониторинга атмосферы на производствах по уничтожениюхимическогооружия,чтоопределилоуспешноевыполнение работпоФЦП«Уничтожение химического оружия в Российской Федерации».28.

Впервыевмировойпрактикесозданэкспериментальныйобразецрентгено-абсорбционного сепаратора извлечения алмазов, находящихся внутри кусков кимберлита,в состав которого входит разработанное на основе предложенных в диссертации методикрадиотехническое ППУ, обеспечившее возможность регистрации алмазов в толщине рудыдо 30 мм, что является уникальным достижением в горно-обогатительных технологиях.Экспериментальный образец разработанного рентгено-абсорбционного сепаратораотмечен золотой медалью на Международной выставке и конгрессе «Высокиетехнологии.

Инновации. Инвестиции» (Санкт-Петербург, 2008), золотой медалью на IIМеждународной выставке и конгрессе «Перспективные технологии XXI века» (Москва,2682008), серебряной медалью на Петербургской технической ярмарке (Санкт-Петербург,2008).Научно-технические результаты автора диссертации используются в учебном процессеСПбПУ при чтении лекций, в лабораторных работах, при руководстве дипломнымибакалаврскими работами и магистерскими диссертациями, при написании учебных пособий.Научно-технические результаты автора диссертации внедрены в Санкт-Петербургскомполитехническом университете Петра Великого, ОАО «Авангард», Российском ФедеральномЯдерном Центре – Всероссийском Научно-исследовательском Институте ЭкспериментальнойФизики (РФЯЦ-ВНИИЭФ), ФГБУН Научно-технологическом центре микроэлектроники исубмикронных гетероструктур Российской Академии наук (НТЦ микроэлектроники РАН),ОАО «ЭНПО «НЕОРГАНИКА», ОАО «Северсталь-метиз», АО «Волоконно-оптическаятехника», Центре Междугородной Связи телевизионной студии «Телецентр на Чапыгина, 6»,АО «Перспективные технологии плюс», ООО «НПП ВОЛО», ООО «ЭГОНТ».269Приложение 1.

Шумовые характеристики однокаскадных фотоприемных устройствИнтегральная пороговая чувствительность ФПУ с p-i-n фотодиодом определяетсявыражением (следует из выражения (2.51)P0 int pin kT C DS  3m(П1.1)где C – частотно-независимая и D – частотно-зависимая компонента среднеквадратичногозначения источника шумового тока, приведенного ко входу усилителя. C и D определяютсягруппировкой слагаемых при степенях ω0 и ω2 в выражении среднеквадратичного значенияшумового тока In 2 . Значения постоянной времени τ и коэффициента автокорреляции mопределяются схемотехническими параметрами ФПУ.При вычислении шумовых характеристик однокаскадных ФПУ воспользуемсявыражениями для коэффициентов шума биполярных транзисторов [120], определив из нихзначения Rn, Gn и их корреляционных составляющих.

Значения компонент шумового тока C иD для биполярного транзистора определяются выражениями:а) схемы включения транзистора с ОЭ2rb  re   rb  re 2 reСэ  GL 1   GL   rb 2 rer22re e1(П1.2)2 rrb  re  rb  reeDэ    rb  rs pd rs pd  Cd2 2 re re 221  rb  re GL   re 2   rsc  Cc  re Cc Cd 222  re f 2 2б) схемы включения транзистора с ОКCк rr r2  GL 1  b   GL2  e  rb  b 2 re2 re   re 21(П1.3) rrb2 1  2 rs pd rb   2 Cd Dк   e  rb  rs pd 2 re 21  rbGL 2  rbGL r  e  rsc  Cc2  reCcCd 222 re f 2 2в) схемы включения транзистора с ОБCб  aк2 rr  r  r  rDб   e  rb  rs pd  b e  b e rs pd  Cd2  rbCc2 2 re re 2(П1.4)270 rsc  Cc  Csc   2rbCcCd 21   rb  re  GL   rb  re  GL2 22  2  re f22В приведённых выражениях re, rb, rs pd, rsc – сопротивления эмиттера, базы, растеканияфотодиода и подложка - коллектор интегрального транзистора соответственно; Cd, Сс, Csc –ёмкости фотодиода, коллектора и подложки соответственно; fα – граничная частотатранзистора.Для нахождения шумовых параметров полевого транзистора с плоскостным затворомвоспользуемся результатами [123].

Компоненты C и D определяются выражениямиqI qI K  K2CFET  GL 1  2rs G   GL2  rs  4rd  1 rs2 G 2kT gm2kT DFET 2 32(П1.5)qI K1  K 2 rs2 G  Cd2  rs  rs pd  4rd gm2kT K 2Cgs2gm1  rsGL    rs  rd 2K1  2 K3Cgs  Cdg   Cdg gm gmK  K3 K32Cd  rs  2rd  1Cgs  Cdg gm gmВ выражениях (П1.5) К1, К2, К3 – константы, значения которых зависят от постоянныхнапряжений на электродах; rs, rd, rs pd – паразитные сопротивления истока, стока, фотодиода;Cgs, Cdg – ёмкости переходов полевого транзистора; gm – крутизна полевого транзистора; IG –ток затвора.Приложение 2.

Шумовые характеристики двухкаскадных фотоприемных устройствДля получения шумовых характеристик двухкаскадных ФПУ также воспользуемсявыражениями для коэффициента шума F интегральных двухкаскадных усилителей [120]. Извозможных вариантов двухкаскадных схем рассмотрим варианты, нашедшие применение вкачестве ФПУ: ОЭ – ОЭ, ОЭ – ОБ, ОЭ – ОК и ОК – ОЭ.

Известно, что коэффициенты шуматрёх первых двухкаскадных усилителей одинаковы по величине [120]. Значения компонентшумового тока C и D для двухкаскадных ФПУ определяются выражениями:2rb  re   re2  rb  re 2 reC  G f 1   G f   rb 2 re re 2 re 2э12 r  r r r  r   re2  D э  1  b e  Rs Cd2   e  rb  Rs  b e2 re 2 re  Cd  C f2 2G f Rs Cd2    rb  re  rsc  Cc2  reCc  Cd  C f  (П2.1)27121   rb  re   re2  G 2f  2G f  rb  re  22  2  re f2Для двухкаскадного ФПУ ОК – ОЭ выражения для компонент шумового тока C и D:Cк 2 r  r   re2 r  G f 1  b   G 2f  re  2rb  b e2 re re  re 1rD к   1  bre(П2.2)2 rb  re   re2  2RCr2r s d  eb re2  Cd  C f   2G f RsCd2    rb  re  rsc  Cc2  2  rb  re  Cc  Cd  C f  21  2  rb  re   re2  G 2f  2G f rb 22  2  re f2Приложение 3. Расчет частотной зависимости чувствительности с использованием Побразной эквивалентной шумовой схемы транзистораПрименим разработанную в разделе 2.1 методику для расчёта чувствительности ФПУ наП-образной эквивалентной шумовой схемы биполярного транзистора.

При этом, как правило,темновым током фотодиода пренебрегают, так как он значительно меньше тока базытранзистора. Во входном каскаде обычно применяют схему с ОЭ, во втором – схему с ОБ, таккак каскодная схема ОЭ – ОБ имеет минимальную паразитную ёмкость обратной связи.Коэффициент шума схемы с ОЭ можно записать в виде [186]:222rb  Gs2  Bs2  1  rb  Gs2  Bs2 1 1    T   Gs  G11    Bs  B11 F  12Gs2reGs2reGs 1   T 2Y21(П3.1)где G11, B11 – активная и реактивная составляющие входной проводимости Y11  g111  j f f1  j f fs[187];  – малосигнальный статический коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ; fβ, fs –граничные частоты биполярного транзистора. Эквивалентные шумовые параметры Rn и Gnнайдём из (2.11) и (П3.1), сопоставляя коэффициенты при 1/Gs, Bs/Gs, Bs2/Gs, а такжеслагаемые, не содержащие Bs, Gs. В результате получим:2r 11   T Rn  rb 1  b  221   T  2re  2re Y21111   T 22Gn G11 B11222re 2re Y211   T 2(П3.2)2722 RnGn 2rb11   T  2G11re 2re Y21 2 1   T 21   T 2 RnGn  2 B11221   T 2re Y2121С учётом аппроксимации A = re·fT = Const получим соотношения для параметровчетырёхполюсникаG11 qI e A2f 2 rbkT A2  f 2 rb2A2  f 2 rb2B11 r Af1  b 2 2 A  f rb  re 2(П3.3)222G11 B11Y21  2A2 g11 f2A2  f 2 rb2q 2 I e2 A2kT 2 A2  f 2 rb2После преобразований выражения для компонент шумового тока C и D приобретают видC  G f 1  reG f  1   11  2rbG f  1  2re (П3.4)1 r  rD   Rs Cd2 1  reG f  2rbG f   b   e  Cd2  C 2f   re   2rCd  Cd  2C f  rb 1  b 2re 2 2rC  rb C fre 21  2  re  rb  G f   rb2   re2  G 2f   e f 222 A  2re   2  AВышеприведённый анализ выполнен для гибридной П-образной эквивалентной схемызамещения биполярного транзистора и даёт верные результаты до частот порядка 0,5fα.Приложение 4.

Чувствительность ФПУ с предусилителем на биполярном транзисторес гетеропереходомБиполярныетранзисторысгетеропереходом(HBT)являютсяальтернативойкремниевым биполярным и полевым транзисторам в микроволновом диапазоне. Ониобладают рядом важных преимуществ (например, малое потребление энергии и большойдинамический диапазон) и их широко применяют в предусилителях ФПУ со скоростьюпередачи информации 520 Гбит/с, хотя по шумовым характеристикам они уступаютмалошумящим устройствам на основе FET и особенно HEMT. В этой связи получениеаналитических соотношений для чувствительности ФПУ с предусилителями на биполярныхтранзисторах с гетеропереходом представляет несомненный практический интерес.273Эквивалентная шумовая схема транзистора с гетеропереходом, основанная на шумовоймодели HBT и позволяющая адекватно описывать шумовые свойства на частотах до 20 ГГц[188], приведена на рис.

Характеристики

Список файлов диссертации