SNOV PREDMETA VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA V ZIMSKEM SEMESTRU 2014/2015 ------------------------------------------------------------------- 3.10.2014 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA ----------------------------------------------- 1. Zgodovinski sprejemnik: frekvenčno sito in nelinearnost. 2. Enačba polprevodniške diode, PN in PIN, konstanta kbT/q. 3. I(U) karakteristika diode za različne Is. 4. Definicija praga diode za naveden tok I=1mA. 5. DeltaW in 1mA prag diode za Ge, Si, GaAs, GaP, SiC, GaN. 6. Schottky spoj, I(U) za Si, GaAs, low-barrier Si. 7. Definicija mobilnosti v=uE za elektrone in vrzeli. 8. Zgledi mobilnosti za Si, GaAs, InP, SiC, GaN, Ge. 9. Časovni odziv PN in Schottky diode za pravokotno krmiljenje. 10. Parametri preklopa diode, trr za PN, trr=0 za Schottky. 11. Dioda v zaporni smeri kot kondenzator spremenljive debeline. 12. Nelinearka kapacitivnost PN oziroma Schottky spoja. 13. Množenje frekvence ali uglaševanje z varaktorji ali varikap diodami. 14. Vezava uglaševalne diode v nihajnem krogu. 15. Profil dopiranja uglaševlane diode: zvezen, stopničast, hyperabrupt. 16. Kvaliteta uglaševlane diode iz Si oziroma iz GaAs. 17. Preboj v zaporem režimu, Zenerjev in plazovni, meja Uz=6V. 18. Lastnosti plazovnega preboja, šum in IMPATT deltaR<0. 19. Močno dopiranje, ohmski kontakt, tunelska in back dioda. 20. Karakteristika back diode, hitri detektor. 21. Karakteristika tunelske diode, negativni deltaR, P=0.1mW. 22. Površinski preboj v VF Schottky diodi, guard-ring NF Schottky. 23. Diferencialna prevodnost/upornost diode v prevodni smeri. 24. Izvedba nastavljvega upora z diodo. 25. Elektrina in dodatna kapacitivnost manjšinskih nosilcev. 26. Primejava kapacitnivnosti spoja s kapacitivnostjo manjšinskih nosilcev. 27. Uporaba počasne diode kot visokofrekvenčno stikalo. 28. Izvedba preklopa antene med sprejemnikom in oddajnikom. 29. Izvedba stikalne PIN diode za zmanjšanje kapacitivnosti spoja. 30. Debela PIN dioda kot spremenljiv visokofrekvenčni upor. 31. Izvedba visokofrekvenčnega detektorja. 32. Kvadratični in linearni režim detektorja v linearni in log skali. 33. Delovanje step-recovery diod za ozke impulze in množenje frekvence. 10.10.2014 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA ------------------------------------------------ 1. Tranzistorji za ojačevalnike, bipolarni (BJT) in poljski (FET). 2. Zgodovinski germanijev PNP tranzistor, izdelava, stari in novi simboli. 3. Vezava tranzistorja s skupno bazo, parameter Alfa, napetostno ojačanje. 4. Sodobni silicijev NPN tranzistor, profil dopiranja, prebojne napetosti. 5. Tokovno ojačanje tranzistorja Beta, velikostni razred, zahteve za dopiranje. 6. Ojačevalniki v vezavi s skupno bazo (U), emitorjem (UI) in kolektorjem (I). 7. Osnovno nadomestno vezje tranzistorja: dioda BE in krmiljen tokovni vir. 8. Nadomestno vezje s paraziti: Cmiller, Cmanjšinjskih in dioda BK. 9. Nastavitev delovne točke ojačevalnika: A, B, dualni B in C, izkoristki. 10. Nevarnost toplotnega pobega zaradi -2.2mV/K spoja BE. 11. BJT v nasičenju, zakasnitev manjšinskih ob izklopu, Schottky tranzistor. 12. Preprost nizkofrekvenčni ojačevalnik v razredu A. 13. Napačno vezje za nastavitev delovne točke NF ojačevalnika. 14. Izračun napetostnega ojačanja tranzistorja pri nizkih frekvencah. 15. Upadanje Beta s frekvenco zaradi kapacitivnosti manjšinskih nosilcev. 16. Izračun časovne konstante RdCm spoja BE. 17. Definicija fBeta in Ft tranzistorja, računanje, zgledi Si in SiGe. 18. Učinek Millerjeve kapacitivnosti na visokih frekvencah. 19. Protiukrepi: skupna baza nima Millerja, kaskadna vezava. 20. Vgradnja Si-NPN čipa v ohišje, učinek induktivnosti bondirnih žic. 21. Izvedba Si-NPN čipa z ozemljenim emitorjem in vgradnja v ohišje. 22. 3D risba bipolarnega planarnega tranzistorja in porazdelitev toka. 23. Neenakomerna porazdelitev zaradi negativnega TK, sekundarni preboj. 24. Diagram omejitev tranzistorja: Imax, Umax, Pmax, sekundarni preboj, SOA. 25. Sekundarni preboj v visokofrekvenčih tranzistorjih, majhna geometrija. 26. Emitorski prsti in izenačevalni upori v visokofrekvenčnih BJT. 27. Izbira izenačevalnih uporov glede na razred ojačevalnika in frekvenco. 28. Dopiranje emitorja z arzenom in prebojne napetosti spojev BJT. 29. Dolgoročna posledica preboja BE spoja, rast vzporedne Schottky in izguba ojačanja. 30. Povezave in hlajenje močnostnega VF tranzistorja, ohišje iz BeO (pozabil!) 17.10.2014 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA ------------------------------------------------ 1. Zgodovina: delovanje vakuumske triode 1907. 2. Podobnost med elektronko in poljskim tranzistorjem. 3. Različice poljskih tranzistorjev, JFET in MOSFET. 4. Spojni FET iz silicija, N-kanal in P-kanal, simboli. 5. Kvadratična karakteristika JFET, prevajanje diode GS. 6. Preščipnjenje kanala in nasičenje toka ponora. 7. Tehnološka težava JFET: kolebanje Ut. 8. MOSFET iz silicija s štirimi elektrodami G,S,D,B. 9. Karakteristike N-kanalnih in P-kanalnih MOSFETov. 10. Simboli MOSFETov depletion/enhancement (vgrajeni/inducirani kanal). 11. Tehnološki razvoj: dolžina kanala, frekvenčna meja, upornost kanala. 12. Nadomestno vezje MOSFETa v linearnem režimu. 13. Močnostni nizkofrekvenčni MOSFET, struktura VMOS. 14. Temperaturni koeficient upornosti kanala, porazdelitev toka. 15. Povezave in hlajenje močnostnega VF tranzistorja, ohišje iz BeO. 16. Močnostni visokofrekvenčni MOSFET, struktura LDMOS. 17. Polprevodniki 3-5, mobilnost elektornov v Si in v GaAs. 18. Izvedba MESFETa iz GaAs, dolžina kanala nekoč in danes. 19. Lastnosti MESFETov iz GaAs (majhen šum) in InP (hitrost). 20. Prebojne napetosti malosignalnih in močnostnih MESFETov. 21. Tloris nizkošumnega in močnostnega MESFETa. 22. Zvišanje mobilnosti v heterostrukturi, 2D oblak elektronov. 23. Frekvenčne zmogljivosti HEMTov. 24. Primerjava krivulj Id(Ugs) za MESFET, HEMT in E-HEMT. 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. Visokofrekvenčna stikala z MESFETi. 30. *** 1. TIHA VAJA IZ VISOKOFREKVENČNE TEHNIKE ***. 24.10.2014 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA ------------------------------------------------ 1. Naloge v visokofrekvenčni tehniki, možnosti meritev? 2. Napredujoči in odbiti val, definicija odbojnosti, preračunavanje Z<>Gama. 3. Ponovitev: meritev odbojnosti z mostičkom. 4. Smithov diagram za odbojnost pasivnega bremena. 5. Koaksialni kabel, karakteristična impedanca, optimalne izmere. 6. Področje karakterističnih impedanc žičnih in trakstih dvovodov. 7. Preslikava odbojnosti na brezizgubnem vodu. 8. Preslikava odbojnosti na izgubnem vodu. 9. Definicija četveropola oziroma dvovhodnega vezja. 10. Definicija S parametrov z matričnim računom, pvezave z matrikami Z,Y,ABCD. 11. Meritev odbojnosti S11, S22 in ojačanj S21, S12. 12. Navajanje S parametrov četveropola v podatkovnih listih. 13. Simetrija, recipročnost in prilagojenost s S parametri. 14. S parametri brezizgubnega prenosnega voda. 15. S parametri zaporedne impedance. 16. S parametri vzporedne impedance. 17. Vhodna odbojnost četveropola, ki je zakljčen na poljubno breme. 18. S parametri verižne vezave dveh četveropolov. 19. S parametri zaporedne impedance. 20. Stabilnost ojačevalnika abs(S11)<1, abs(S22)<1. 21. Rollett-ov faktor stabilnosti K, brezpogojna stabilnost četveropola. 22. Vstavitveno ojačanje četveropola abs(S21**2). 23. Maximum Available Gain brezpogojno stabilnega ojačevalnika. 24. Maximum Stable Gain pogojno stabilnega ojačevalnika abs(S21/S12). 25. Krivec za pogojno stabilnost S12, Millerjeva kapacitivnost. 26. Protiukrep: vakuumska in MOS tetroda, ozemljena baza, kaskada. 27. Protiukrep: obremenitev: zaporedni upor v bazi, vzporedni v kolektorju. 28. Protiukrep: izgubna (uporovna) povratna vezava v MMIC, brezizgubna L, trafo. 29. Protiukrep: neutralizacija kapacitivnosti s transformatorjem. 30. Neutralizacija v simetričnih (diferencialnih) ojačevalnikih. 31. Močnostni ojačevalnik: prilagoditev za ojačanje, moč in izkoristek. 32. Prilagoditev harmonikov v močnostnem ojačevalniku, X parametri. 33. Zgled: prilagoditev impedance in harmonikov z lambda/8 in lambda/4 vodi. 7.11.2014 - 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 200kHz 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. Izračun verige izgubnih sit in ojačevalnikov. 24. Resnična izgubna antena kot brezizgubna s slabilcem. 25. Zgled: šumna temperatura sprejemnika z izgubnim kablom. 26. Zgled: šumna temperatura verige s predojačevalnikom pri sprejemniku. 27. Zgled: šumna temperatura verige s predojačevalnikom pri anteni. 28. Izboljšanje razmerja signal/šum s predojačevalnkom. 29. Primerjava izboljšanja razmerja signal/šum z razliko šumnih števil. 30. Zgled: šumna temperatura kratkovalovnega sprejemnika z anteno. 31. Primerjava izboljšanja razmerja signal/šum z razliko šumnih števil. 32. Zgled: šumna temperatura sat-tv z dvema različima sprejemnikoma. 33. Izboljšanje razmerja signal/šum z nižjim šumnim številom. 34. Definicija razmerja G/T satelitskega sprejemnika. 35. Izbira kota sevanja žarilca zrcala za maxG oziroma maxG/T. 36. Šumna temperatura lijakov, kombinacija z zrcalom. 37. Šumna temperatura Cassegrain antene. 14.11.2014 - 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>Pierce QL~10000. 8. Napetostno krmiljeni oscilatorji (VCO) LC+varikap. 9. Napetostno krmiljen kristalni oscilator (VCXO). 10. Kristalni oscilatorji za overtonske rezonance. 11. Analogni sintetizator CB 6x4kanalov, letalski 18x20kanalov 12. Delovanje številskega NCO, izhod številska žaga. 13. Izvedba, lastnosti in omjejitve DDS: NCO+SIN(X)+DAC. 14. Sintetizator z referenčnim kristalom, VCOjem, delilniki in primerjavo. 15. Katera primerjava: samo frekvence, samo faze, frekvence in faze? 16. Zgled celoštevilske fazno-sklenjene zanke za UKV FM oddajnik. 17. Načrt frekvenčno-faznega primerjalnika z dvema DFF in IN vrati. 18. Delovanje primerjalnika pri različnih frekvencah. 19. Delovanje primerjalnika pri pozitivni, negativni in nični fazni razliki. 20. Načrt povratne vezave PLLja, gradniki Kfi, Kvco, N, 1/jw in njihov učinek na H(w). 21. Enačba povratne vezave za fi-ref, delta-fi in fi-izhodni. 22. Velikost in faza H(w) PLLja z enim kondenzatorjem, nestabilen sistem! 23. Upravljanje letala pri pristajanju, enačba zanke, nestabilen PIO! 24. Nyquist-ov diagram za H(w), stabilni in nestabilni sistemi. 25. Izogibanje ničli v Nyquist-ovem diagramu. 26. Izpeljava prevajalne funkcije zančnega sita RC1C2. 27. Dodatna ničla in pol v prevajalni funkciji, tau1 in tau2. 28. Izpeljava faznega zasuka člena z ničlo in polom. 29. Definicija fazne varnosti (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. 38. Preverjanje območja faznega detektorja za motnjo FM. 16.1.2015 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA ----------------------------------------------- 1. Ponovitev: frekvenčni sintetizator s fazno-sklenjeno zanko. 2. Ponovitev: stabilnost fazno-sklenjene zanke, Nyquist-ov diagram, fim in wm. 3. Bode-jev diagram povratne zanke PLLja. 4. Ponovitev: višina prenihaja kot funkcija zaloge faze fim. 5. Zgled: zahteve za regeneracijo takta po ITU. 6. Ponovitev: fazni šum PLL, območje reference, območje VCOja in špik vmes. 7. Določanje Kvco kot odvod uglaševalne krivulje. 8. Prilagajanje m pri spremenljivih Kvco in N. 9. Neučinkovitost PLL sintetizatorja pri majhnem frekvenčnem koraku. 10. Zančno sito 3.reda za dušenje motenj vzorčevanja, Nyquist dodatnega pola. 11. Sintetizator z razliko frekvenc dveh PLLjev z različnima korakoma. 12. Veriga PLLjev z deljenjem in seštevanjem za poljuben korak. 13. Osnova delovanja ulomkovne fazno-sklenjene zanke, velikostni razredi. 14. Dodatni fazni šum interpolacije v ulomkovni zanki. 15. Težave neposrednega RX, prekrmiljenje, samoosciliranje in izvedba sit. 16. Sprejemnik s porazdeljenim ojačenjem in siti rešuje prekrmiljnje. 17. Heterodinski sprejemnik z mešanjem, Armstrong 1918. 18. Zgled: lokalni oscilator in medfrekvenca v FM radiodifuznem sprejemniku. 19. Izvedljivost sit in ojačevalnikov v heterodinskem sprejemniku. 20. Zrcalni odziv heterodniskega sprejemnika in harmoniki LO. 21. Izločanje zrcalnega odziva s pasovnim sitom pred mešalnikom. 22. Zgled: izvedljivost sit v RX z dvojnim mešanjem, VHF 158.1>10.7>0.455. 23. Homodinski sprejemnik z neposredno detekcijo. 24. Zgled: srednjevalovni radiodifuzni homodinski sprejemnik. 25. Zrcalni odziv homodinskega sprejemnika. 26. Delovanje dveh mešalnikov v kvadraturi. 27. Izločanje zrcalnega odziva v kvadraturnem mešalniku. 28. Tehnične omejitve točne kvadrature v različnih sprejemnikih. 29. Weaver SSB sprejemnik, spekter govora in demodulacija ničelne medfrekvence. 30. Podatkvni oddajnik z IQ modulatorjem. 31. Podatkovni sprejemnik z ničelno medfrekvenco, protivrtenje kazalcev. 32. Izvedbe mešalnikov, mešanje na eksponentni nelinearnosti diode. 33. Kvadratičen odziv poljskega tranzistorja. 34. Kvadratičen odziv fotodiode, mešanje iz optike v radio. 35. Slabljenje neželjenih členov, balančni mešalnik za lokalni oscilator. 36. Balančni mešalnik diferencialne vezave tranzistorjev. 37. Dvojno balančni mešalnik z venčkom štirih diod. 38. Gilbert-cell dvojni balančni mešalnik s tranzistorji. 39. Delilnik frekvence z mešalnikom, analogni TFF. 23.1.2015 - 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 podlage iz Al2O3 keramike. 6. Lastnosti laminatov iz teflona, polnjenega s keramiko. 7. Laminati iz ogljikovodikov in vlaken, združljivi s prepregom FR-4. 8. Visokofrekvenčni prenosni vodi na tiskanem vezju: koplanarni, mikrostrip, ozemljeni koplanarni, stripline, okrogla žica nad TV. 9. Osnovni rod ~TEM v mikrotrakastem vodu in prvi višji rod ~TE1. 10. Nagnjene valovne fronte osnovnega rodu, ki natančno ni TEM. 11. Nizkofrekvenčni TEM približek, C/l in L/l po Wheelerju, približek za Zk. 12. Zgled: primerjava Zk po Wheeler-ju in brez stresanja za 50ohm na FR-4. 13. Izriv toka na rob trakastih vodnikov, skica za mikrostrip. 14. Hrapavost bakra na tiskanem vezju FR-4, teflon itd, nadomestna prevodnost. 15. Preprosti gradniki: kapacitivni in induktivni štrcelj, lambda/4 transformator. 16. Krivine na mikrotrakstem vodu, obrezovanje vogalov. 17. Sklop med sosednjimi mikrotrakstimi vodi, kdaj ga ni? 18. Sodi in lihi rod valovanja, slika polja in fazne konstante. 19. Nadomestno električno vezje mikrotrakstega sklopnika. 20. Lambda/4 rezonator iz mikrotrakastega voda. 21. Lambda/2 rezomator v mikrotraksti tehniki, odprti in kratkosklenjeni. 22. Preprosto sito z enim lambda/4 rezonatorjem. 23. Glavnikasto sito v mikrotrakasti tehniki, odštevanje sklopov. 24. Interdigitalno sito v mikrotrakasti tehniki, seštevanje sklopov. 25. Pasovno sito iz odprtih lambda/2 rezonatorjev, ravno in zavito. 26. Težave neenakih bremen/ojačevalnikov pri deljenju moči, zaključitev lihega. 27. Delilniki moči: Wilkinson, kvadraturni, podganji. 28. Mikrotrakaste krpičaste antene, impedanca in izkoristek. 29. Mikrotrakaste režaste antene, boljši izkoristek in pasovna širina. 30. Rezonance ohišja mikrotrakastega vezja. 31. Dušenje rezonanc ohišja z mikrovalovnim absorberjem. 32. *** 5. TIHA VAJA IZ VISOKOFREKVENČNE TEHNIKE ***. Zaporedje laboratorijskih vaj Visokofrekvencna tehnika 2014/15: --------------------------------------------------------------- 1. cikel (20.10.2014): 1. Varikap dioda 2. PIN dioda 3. BJT tranzistor v A, B, C in dualnem B razredu 2. cikel (3.11.2014): 4. Detektor s Shottky-jevo diodo 5. Stabilnost MMIC ojacevalnika 6. MOS-FET tranzistor v A, B, C in dualnem B razredu 3. cikel (17.11.2014): 7. Nasicenje ojacevalnika (RK6) 8. Meritev sumnega stevila ojacevalnika (RK02) 9. Umerjanje sumnega izvora s plazovno diodo (RK08) Gradnja UKV FM sprejemnika (1.12.2014) 4. cikel (15.12.2014): 10. Meritev presecne tocke IMD tretjega reda (RK07) 11. Votlinski koaksialni rezonator 12. Merjenje piezoelektricnih rezonatorjev 5. cikel (12.1.2015): 13. Valovitost frekvencnih sit 14. Intermodulacija ojacevalnika v B razredu (RK) 15. Nereciprocnost izolatorjev in cirkulatorjev (SR) 6. cikel (26.1.2015): 16. Super-regenerativni sprejemnik 17. Stabilnost fazno-sklenjene zanke 18. Fazni sum visokofrekvencnega oscilatorja -------------------------------------------------------------------- Vaje Visokofrekvencna tehnika 2014/15 zakljucene z dnem 26.1.2015