SNOV PREDMETA VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA V ZIMSKEM SEMESTRU 2013/2014 ------------------------------------------------------------------- 4.10.2013 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA ----------------------------------------------- 1. Zgodovinski sprejemnik: frekvenčno sito in nelinearnost. 2. Gradniki VF tehnike: ojačevalnik, sito, množilnik. 3. Polprevodniki: delta W za Ge, Si, GaAs, GaP, SiC, GaN. 4. I(U) karakteristika PN diode iz Si, Ge, GaAs, GaN. 5. Schottky spoj, I(U) za Si, GaAs, low-barrier Si. 6. Nadomestno vezje polprevodniške diode, kapacitivnost. 7. Kapacitivnost pri zaporni -U: varikap, varaktor. 8. Kapacitivnost pri prevodni +U: razlika Schottky/PN. 9. Zgradba počasne diode PIN, uporaba kot VF stikalo. 10. Step Recovery pojav v diodah, harmoniki iz zoba. 11. Parametri preklopa diode, trr za PN, trr=0 za Schottky. 12. Preboj v zaporem režimu, Zenerjev in plazovni, meja Uz=6V. 13. Lastnosti plazovnega preboja, šum in IMPATT deltaR<0. 14. Lastnosti Zenerjevega ali tunelskega preboja. 15. Močno dopiranje, ohmski kontakt, tunelska in back dioda. 16. Karakteristika tunelske diode, negativni deltaR, P=0.1mW. 17. Karakteristika back diode, hitri detektor. 18. Diodni VF detektor, kvadratični in linearni režim delovanja. 19. Tranzistorji za ojačevalnike, bipolarni in poljski. 20. Izvedbe bipolarnih tranzistorjev NPN in PNP, dopiranja. 21. Različice poljskih tranzistorjev, JFET in MOSFET. 22. Prerez VF NPN tranzistorja, profil dopiranja, debelina baze. 23. VF ojačevalnik z NPN tranzistorem, nastavitev delovne točke. 24. Temperaturni koeficient spoja BE -2.2mV/K (velja za vse diode). 25. Toplotni pobeg bipolarnega tranzistorja. 26. Tloris VF NPN tranzistorja, prsti baze P+ in emitorja N+. 27. Toplotni pobeg vzporedne vezave, protiukrep upori na emitorskih prstih. 28. Ojačanje izmeničnega signala, delovna točka za razred "A". 29. Ojačanje in popačenje signala, delovna točka za razred "B". 30. Ojačanje in popačenje signalov z ojačevalnikom v razredu "C". 31. Močnostni izkoristki ojačevalnikov v razredih "A", "B" in "C". 11.10.2013 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA ------------------------------------------------ 1. Ponovitev: delovanje varkiap diode v zapornem režimu. 2. Sprememba kapacitivnosti za zvezno in stopničasto (abrupt) dopiranje. 3. Izvedba hyperabrupt dopiranja in razmerje Cmax/Cmin. 4. Vezava varika diode v nihajni krog, dovod enosmernega krmiljenja. 5. Kvaliteta nihajnega kroga, Si in GaAs varikap. 6. Zaporedna upornost hyperabrupt varikap diode. 7. Zmanjševanje nelinearnosti z zaporedno vezavo dveh varikap. 8. Ponovitev: enačba diode v prevodni smeri. 9. Izračun diferencialne upornosti diode v prevodnem režimu. 10. Zgled: prilagoditev VF detektorja s Schottky diodo. 11. Ponovitev: čas rekombinacije manjšinskih nosilcev v PN spoju. 12. Izračun diferencialne kapacitivnosti manjšinskih nosilcev. 13. Tabela zgledov Si diod, kapacitivnosti @1mA in impedance @100MHz. 14. Vezava VF preklopnika s počasno diodo. 15. Lastnosti VF preklopnika s počasno diodo. 16. Izvedba antenskega preklopnika z dvema PIN diodama. 17. Ohišja PIN diod za zaporedno (series) in vzporedno (shunt) vezavo. 18. Vrste PIN diod glede na debelino I plasti, VF stikalo in VF upor. 19. Vezava PIN diode kot spremenljivi VF upor. 20. Velikostni razred upornosti VF upora s PIN diodo. 21. Ponovitev: zgradba Si VP NPN tranzistorja. 22. Simboli za NPN in PNP tranzistorje. 23. Tokovno ojačanje tranzistorja Beta=hfe=B, velikostni razred. 24. Nesimetrično dopiranje čipa, razlika v preboju BE in BK. 25. Dolgoročna posledica preboja BE spoja, rast vzporedne Schottky in izguba ojačanja. 26. Izračun napetostnega ojačanja tranzistorja pri nizkih frekvencah. 27. Upadanje Beta s frekvenco zaradi kapacitivnosti manjšinskih nosilcev. 28. Definicija fBeta in Ft tranzistorja, računanje z zgledi. 29. Vgradnja čipa v ohišje, učinek induktivnosti bondirnih žic. 30. Izvedba čipa z ozemljenim emitorjem in vgradnja v ohišje. 31. Povezave in hlajenje močnostnega VF tranzistorja, ohišje iz BeO. 18.10.2013 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA ------------------------------------------------ 1. Zgodovina: delovanje vakuumske triode 1907. 2. Podobnost med elektronko in poljskim tranzistorjem. 3. Spojni FET iz silicija, N-kanal in P-kanal, simboli. 4. Kvadratična karakteristika JFET, prevajanje diode GS. 5. Tehnološka težava JFET: kolebanje Ut. 6. MOSFET iz silicija s štirimi elektrodami G,S,D,B. 7. Karakteristike N-kanalnih in P-kanalnih MOSFETov. 8. Simboli MOSFETov depletion/enhancement (vgrajeni/inducirani kanal). 9. Tehnološki razvoj: dolžina kanala, frekvenčna meja, upornost kanala. 10. MOSFET ojačevalnik s skupnim izvorom. 11. Karakteristika Id(Uds) MOSFETa. 12. Nadomestno vezje MOSFETa v linearnem režimu. 13. Močnostni nizkofrekvenčni MOSFET, struktura VMOS. 14. Temperaturni koeficient upornosti kanala, porazdelitev toka. 15. Močnostni visokofrekvenčni MOSFET, struktura LDMOS. 16. Statična zaščita MOSFETov: diode, zenerice? CMOS logika? 17. Polprevodniki 3-5, mobilnost elektornov v Si in v GaAs. 18. Izvedba MESFETa iz GaAs, dolžina kanala nekoč in danes. 19. Zvišanje mobilnosti v heterostrukturi, 2D oblak elektronov. 20. Lastnosti HEMTov iz GaAs (majhen šum) in InP (hitrost). 21. Širina kanala nizkošumnega in močnostnega HEMTa. 22. Tloris nizkošumnega in močnostnega HEMTa. 23. Primerjava krivulj Id(Ugs) za MESFET, HEMT in E-HEMT. 24. Prebojne napetosti MESFETov in HEMTov. 25. SiC: kristalne oblike, bandgap, mobilnost, MESFET. 26. Bandgap, mobilnost in prebojna trdnost galijevega nitrida. 27. Prerez GaN/GaAlN HEMT na podlagi iz SiC. 28. Ojačevalnik z GaN HEMTom, krivulja Id(Ugs), tolerance Ut. 29. Izbira delovne točke poljskega tranzistorja. 30. Prerez in lastnosti sodobnega SiGe tranzistorja. 31. Heterostrukturni bipolarni tranzisotrji iz GaAsP in InP. 32. Visokofrekvenčna stikala z MESFETi. 25.10.2013 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA ------------------------------------------------ 1. Naloge v visokofrekvenčni tehniki, razpon impedanc in izmer. 2. Koaksialni kabel, karakteristična impedanca, optimalne izmere. 3. Področje karakterističnih impedanc koaksialnega kabla. 4. Področje karakterističnih impedanc žičnih in trakstih dvovodov. 5. Napredujoči in odbiti val, definicija odbojnosti, preračunavanje Z<>Gama. 6. Smithov diagram za odbojnost pasivnega bremena. 7. Preslikava odbojnosti na brezizgubnem vodu. 8. Definicija četveropola oziroma dvovhodnega vezja. 9. Vhodna odbojnost in ojačanje zaključenega četveropola. 10. Definicija S parametrov z matričnim računom. 11. Simetrija, recipročnost in prilagojenost s S parametri. 12. Navajanje S parametrov četveropola v podatkovnih listih. 13. Vhodna odbojnost četveropola, ki je zakljčen na poljubno breme. 14. S parametri verižne vezave dveh četveropolov. 15. S parametri zaporedne impedance. 16. S parametri pri skoku Zk iz Zk1 na Zk2, močnotna definicija S21. 17. Vstavitveno ojačanje četveropola abs(S21**2). 18. Stabilnost ojačevalnika abs(S11)<1, abs(S22)<1. 19. Rollettov faktor stabilnosti K, brezpogojna stabilnost četveropola. 20. Maximum Available Gain brezpogojno stabilnega ojačevalnika. 21. Maximum Stable Gain pogojno stabilnega ojačevalnika. 22. Krivec za pogojno stabilnost S12, Millerjeva kapacitivnost. 23. Protiukrep: vakuumska in MOS tetroda, ozemljena baza, kaskada. 24. Protiukrep: zaporedni upor v bazi, vzporedni v kolektorju. 25. Protiukrep: izgubna (uporovna) povratna vezava v MMIC, brezizgubna L, trafo. 26. Protiukrep: neutralizacija kapacitivnosti s transformatorjem. 27. Neutralizacija v simetričnih ojačevalnikih. 28. Močnostni ojačevalnik: prilagoditev za ojačanje, moč in izkoristek. 29. Prilagoditev harmonikov v močnostnem ojačevalniku, X parametri. 30. Zgled: prilagoditev impedance in harmonikov z lambda/8 in lambda/4 vodi. 31. *** 1. TIHA VAJA IZ VISOKOFREKVENČNE TEHNIKE ***. 1.11.2013 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA ----------------------------------------------- Predavanja odpadla zaradi dneva mrtvih. 8.11.2013 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA ----------------------------------------------- 1. Radijska zveza: moč oddajnika, slabljenje zveze in šum sprejemnika. 2. Šum črnega telesa in šum upora, reaktivni gradniki ne šumijo. 3. Boltzmann-ova konstanta in referenčna temperatura, kbTo v dBm/Hz. 4. Zgled: šum sobne temperature v 1MHz pasovne širine (telefon). 5. Ponovitev: naravni šum antene kot funkcija frekvence. 6. Velikostni razredi šuma radijskega sprejemnika. 7. Načrtovanje sprejemne verige, ojačevalniki in pasovna sita. 8. Izračun šumne moči in razmerja S/N na izhodu sprejemne verige. 9. Preračunavanje šumne moči na vhodne sponke sprejemnika. 10. Razlaga različnih prispevkov šuma posameznih ojačevalnikov. 11. Neumna definicija šumnega števila z razmerji signal/šum. 12. Zgodovinska razlaga, zakaj do neumne definicije okoli 1960. 13. Definicija šumnega števila iz šumne temperature. 14. Logaritemske merske enote za šumno število. 15. Zgledi šumnih temperatur in pripadajočih šumnih števil. 16. Izračun šumnega števila verige v linearnih in logaritemskih enotah. 17. Šumna temperatura in šumno število neskončne verige enakih gradnikov. 18. Računski zgled za šumno število neskončne verige G=10dB/F=4dB. 19. Pasivni gradniki v verigah: slabilci, sita, izkoristek antene. 20. Izračun moči signala in šuma na koncu verige s pasivnim gradnikom. 21. Izračun nadomestne šumne temperature verige slabilca in ojačevalnika. 22. Izračun nadomestnega šumnega števila verige slabilca in ojačevalnika. 23. Zgled: šumna temperatura verige s predojačevalnikom pri sprejemniku. 24. Zgled: šumna temperatura verige s predojačevalnikom pri anteni. 25. Izboljšanje razmerja signal/šum s predojačevalnkom. 26. Primerjava izboljšanja razmerja signal/šum z razliko šumnih števil. 27. Zgled: šumna temperatura sat-tv z dvema različima sprejemnikoma. 28. Izboljšanje razmerja signal/šum z nižjim šumnim številom. 29. Primerjava izboljšanja razmerja signal/šum z razliko šumnih števil. 30. Resnična izgubna antena kot brezizgubna s slabilcem. 31. Definicija razmerja G/T satelitskega sprejemnika. 32. Izbira kota sevanja žarilca zrcala za maxG oziroma maxG/T. 15.11.2013 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA ------------------------------------------------ 1. Ponovitev: šumna temperatura in šumno število. 2. Ponovitev: veriga ojačevalnikov in pasivnih delov. 3. Zgledi šuma različnih aktivnih gradnikov: trioda, klistron, TWT, SiNPN, GaAsHEMT, parametrični, hlajeni HEMT, MMIC, operacijski ojačevalnik. 4. Razlaga parametričnega ojačevalnika na hitro. 5. Povečanje šuma v gradnikih z izgubno povratno vezavo, MMIC. 6. Kompromisi v operacijskem ojačevalniku. 7. Dodatni 1/f šum polprevodnikov, graf za Si NPN in GaAs HEMT. 8. Napetostni in tokovni izvor šuma v aktivnem gradniku, nevezana na Zvh. 9. Šumni parametri tranzistorja Fmin, Gamaopt, Rn in rn. 10. Šumna prilagoditev in ojačevalna prilagoditev, G>> 6.1.2014 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA ----------------------------------------------------------- 1. Ponovitev: električni oscilator, ojačevalnik in povratna vezava. 2. RC oscilatorji QL~1, 2. LC oscilatorji QU~100, QL~30. 3. Aktivni grandiki obračajo fazo: BJT, elektronka, FET, CMOS inverter. 4. Oscilatorji: Meissner-Armstrong, Hartley, Colpitts, Huth-Kuehn. 5. Ozemljevanje poljubne elektrode polprevodnika v oscilatorjih. 6. Kristalni oscilatorji Colpitts>>Pierce QL~10000. 7. Napetostno krmiljeni oscilatorji (VCO) LC+varikap. 8. Napetostno krmiljen kristalni oscilator (VCXO). 9. Kristalni oscilatorji za overtonske rezonance. 10. Analogni sintetizator CB 6x4kanalov, letalski 18x20kanalov 11. Delovanje številsega NCO, izhod številska žaga. 12. Izvedba, lastnosti in omjejitve DDS: NCO+SIN(X)+DAC. 13. Sintetizator z referenčnim kristalom, VCOjem, delilniki in primerjavo. 14. Katera primerjava: samo frekvence, samo faze, frekvence in faze? 15. Zgled celoštevilske fazno-sklenjene zanke za UKV FM oddajnik. 16. Načrt frekvenčno-faznega primerjalnika z ddvema DFF in IN vrati. 17. Delovanje primerjalnika pri različnih frekvencah. 18. Delovanje primerjalnika pri pozitivni, negativni in nični fazni razliki. 19. Načrt povratne vezave PLLja, gradniki Kfi, Kvco, N, 1/jw in njihov učinek na H(w). 20. Enačba povratne vezave za fi-ref, delta-fi in fi-izhodni. 21. Nyquist-ov diagram za H(w), stabilni in nestabilni sistemi. 22. Nyquist-ova krvulja PLLja z enim kondenzatorjem, nestabilen sistem! 23. Upravljanje letala pri pristajanju, enačba zanke, nestabilen PIO! 24. Izogibanje ničli v Nyquist-ovem diagramu. 25. Izpeljava prevajalne funkcije zančnega sita RC1C2. 26. Dodatna ničla in pol v prevajalni funkciji, tau1 in tau2. 27. Izpeljava faznega zasuka člena z ničlo in polom. 28. Razlaga reševanja stabilnosti v Bode-jevem diagramu s strminami funkcije. 29. Definicija zaloge faze (Phase Margin) v Nyquist-ovem diagramu. 30. Izpeljava optimalne wm glede na ničlo in pol, geometrijska sredina v Bode-ju. 31. Zaloga faze za optimalno wm na geometrijski sredini ničla/pol. 32. Definicija razmerja m ničle in pola. 33. Zahteva abs(H(w))=1 daje povezavo med C1 in wm pri izbranem m in znanih Kfi, Kvco, N. 34. Načrtovanje zanke za znan C1 zaradi motenj črpalke nabojev. 35. Izračun C2 in R iz podatkov m, C1, wm. 36. Načrtovanje zanke za zahtevano pasovno širino wm~2pi.Bzanke. 37. Zgled: načrtovanje FM oddajnika z modulacijo VCOja, izbor wm, izračun C1, C2, R. 10.1.2014 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA ----------------------------------------------- 1. Ponovitev: frekvenčni sintetizator s fazno-sklenjeno zanko. 2. Ponovitev: stabilnost fazno-sklenjene zanke, Nyquist-ov diagram, fim in wm. 3. Ponovitev zgleda: FM oddajnik s fazno-sklenjeno zanko. 4. Funkcija prenosa motnje REF v odvisnosti od frekvence motnje w. 5. Funkcija prenosa motnje VCO v odvisnosti od frekvence motnje w. 6. Višina prenihaja kot funkcija zaloge faze fim. 7. Zgled: zahteve za regeneracijo takta po ITU. 8. Fazni šum sintetizatorja, območje reference, območje VCOja in špik vmes. 9. Linearno območje frekvenčno-faznega primerjalnika +-2pi, množilnik +-pi/2. 10. Zgled: dopustni frekvenčni koleb FM oddajnika, da primerjalnik ne preskoči. 11. Določanje Kvco kot odvod uglaševalne krivulje. 12. Prilagajanje m pri spremenljivih Kvco in N. 13. Neučinkovitost PLL sintetizatorja pri majhnem frekvenčnem koraku. 14. Sintetizator z razliko frekvenc dveh PLLjev z različnima korakoma. 15. Veriga PLLjev z deljenjem in seštevanjem za poljuben korak. 16. Osnova delovanja ulomkovne fazno-sklenjene zanke, velikostni razredi. 17. Dodatni fazni šum interpolacije v ulomkovni zanki. 18. Zančno sito in Nyquist-ov diagram ulomkovne zanke. 19. Težave neposrednega sprejemnika, samoosciliranje in uglaševanje sit. 20. Potreba po visokofrekvenčni analogni obdelavi signalov. 21. Prenostna funkcija množilnika, mešanje v frekvenčnem prostoru. 22. Heterodinski sprejemnik z mešanjem, Armstrong 1918. 23. Zgled: lokalni oscilator in medfrekvenca v FM radiodifuznem sprejemniku. 24. Homodinski sprejemnik z neposredno detekcijo. 25. Zrcalni odziv homodinskega in heterodinskega sprejemnika. 26. Izločanje zrcalnega odziva s pasovnim sitom pred mešalnikom. 27. Delovanje dveh mešalnikov v kvadraturi. 28. Izločanje zrcalnega odziva v kadraturnem mešalniku. 29. Tehnične omejitve točne kvadrature v različnih sprejemnikih. 30. Weaver SSB sprejemnik, spekter govora in demodulacija ničelne medfrekvence. 31. Podatkovni sprejemnik z ničelno medfrekvenco, protivrtenje kazalcev. 32. Podatkvni oddajnik z IQ modulatorjem. 33. Izvedbe mešalnikov, mešanje na eksponentni nelinearnosti diode. 34. Kvadratičen odziv fotodiode, mešanje iz optike v radio. 35. Slabljenje neželjenih členov, balančni mešalnik za lokalni oscilator. 36. Dvojno balančni mešalnik z venčkom štirih diod. 37. Balančni mešalnik diferencialne vezave tranzistorjev. 38. Gilbert-cell dvojni balančni mešalnik s tranzistorji. 17.1.2014 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA ----------------------------------------------- 1. Gradnja elektronskih naprav na tiskanih vezjih. 2. Lastnosti laminata FR-2 iz papirja in fenolne smole (pertinaks). 3. Lastnosti laminata FR-4 iz steklenih vlaken in epoksi smole (vitroplast). 4. Lastnosti laminatov iz teflona in steklenih vlaken. 5. Lastnosti laminatov iz teflona, polnjenega s keramiko. 6. Laminati iz ogljikovodikov in vlaken, združljivi s prepregom FR-4. 7. Visokofrekvenčni prenosni vodi na tiskanem vezju: koplanarni, mikrostrip, ozemljeni koplanarni, stripline. 8. Osnovni rod ~TEM v mikrotrakastem vodu in prvi višji rod ~TE1. 9. Nagnjene valovne fronte osnovnega rodu, ki natančno ni TEM. 10. Nizkofrekvenčni TEM približek, C/l in L/l po Wheelerju, približek za Zk. 11. Zgled: primerjava Zk po Wheeler-ju in brez stresanja za 50ohm na FR-4. 12. Izriv toka na rob trakastih vodnikov, skica za mikrostrip. 13. Hrapavost bakra na tiskanem vezju FR-4, teflon itd, nadomestna prevodnost. 14. Preprosti gradniki: kapacitivni in induktivni štrcelj, lambda/4 transformator. 15. Krivine na mikrotrakstem vodu, obrezovanje vogalov. 16. Sklop med sosednjimi mikrotrakstimi vodi, kdaj ga ni? 17. Sodi in lihi rod valovanja, slika polja in fazne konstante. 18. Nadomestno električno vezje mikrotrakstega sklopnika. 19. Lambda/4 rezonator iz mikrotrakastega voda. 20. Interdigitalno sito v mikrotrakasti tehniki, seštevanje sklopov. 21. Glavnikasto sito v mikrotrakasti tehniki, odštevanje sklopov. 22. Lambda/2 rezomator v mikrotraksti tehniki, odprti in kratkosklenjeni. 23. Pasovno sito iz odprtih lambda/2 rezonatorjev. 24. Težave neenakih bremen pri deljenju moči. 25. Delilniki moči: Wilkinson, kvadraturni, podganji. 26. Mikrotrakaste krpičaste antene, impedanca in izkoristek. 27. Mikrotrakaste režaste antene. 28. Rezonance ohišja mikrotrakastega vezja. 29. Dušenje rezonanc ohišja z mikrovalovnim absorberjem. 30. *** 5. TIHA VAJA IZ VISOKOFREKVENČNE TEHNIKE ***. Zaporedje laboratorijskih vaj Visokofrekvencna tehnika 2013/14 (as. Leon Pavlovic): -------------------------------------------------------- 1. cikel (25.10.2013): ---------------------- 1. Varikap dioda 2. PIN dioda 3. BJT tranzistor v A, B, C in dualnem B razredu 4. Detektor s Shottky-jevo diodo 5. Nasicenje ojacevalnika (RK6) 15.11. + 22.11.2013: prakticni delavnici (jedkanje in spajkanje UKV sprejemnika) -------------------------------------------------------------------------------- 2. cikel (29.11.2013): ---------------------- 6. Stabilnost MMIC ojacevalnika 7. Meritev sumnega stevila ojacevalnika (RK02) 8. MOS-FET tranzistor v A, B, C in dualnem B razredu 9. Meritev presecne tocke IMD tretjega reda (RK07) 10. Umerjanje sumnega izvora s plazovno diodo (RK08) 3. cikel (20.12.2013): ---------------------- 11. Votlinski rezonator 12. Merjenje kremenovih kristalov 13. Valovitost frekvencnih sit 14. Intermodulacija v B razredu (RK) 4. cikel (10.1.2014): --------------------- 15. Nereciprocnost izolatorjev in cirkulatorjev (SR) 16. Super-regenerativni sprejemnik 17. Stabilnost fazno-sklenjene zanke 18. Fazni sum visokofrekvencnega oscilatorja *********************************************************************************