SNOV PREDMETA VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA V ZIMSKEM SEMESTRU 2016/17 ----------------------------------------------------------------- 7.10.2016 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA (SLO+ENG) --------------------------------------------------------- 1. Zgodovinski sprejemnik: frekvenčno sito in nelinearnost. 2. Lastnosti polprevodnikov: bandgap, preboj, mobilnosti. 3. Definicija mobilnosti v=uE za elektrone in vrzeli. 4. Zgledi mobilnosti za Si, GaAs, InP, SiC, GaN, Ge. 5. Enačba polprevodniške diode, n za PN in PIN, konstanta kbT/q. 6. I(U) karakteristika diode za različne Is. 7. Definicija praga diode za naveden tok I=1mA. 8. DeltaW in 1mA prag diode za Ge, Si, GaAs, GaP, SiC, GaN. 9. Schottky spoj, I(U) za Si, GaAs, low-barrier Si, simbol. 10. Diferencialna prevodnost/upornost diode v prevodni smeri. 11. Izvedba nastavljivega upora za male signale z diodo. 12. Dioda v zaporni smeri kot kondenzator spremenljive debeline. 13. Nelinearna kapacitivnost PN oziroma Schottky spoja. 14. Množenje frekvence z velikimi signali ali uglaševanje pri malih signalih. 15. Vezava uglaševalne diode v nihajnem krogu. 16. Profil dopiranja uglaševlane diode: zvezen, stopničast, hyperabrupt. 17. Kvaliteta uglaševlane diode iz Si oziroma iz GaAs. 18. Preboj v zaporem režimu, Zenerjev in plazovni, meja Uz=6V. 19. Lastnosti plazovnega preboja, šum in IMPATT deltaR<0. 20. Močno dopiranje, ohmski kontakt, tunelska in back dioda. 21. Karakteristika back diode, hitri detektor. 22. Karakteristika tunelske diode, negativni deltaR, P=0.1mW. 23. Gunn-ov pojav TED in Gunn-ov element z negativno karakteristiko. 24. Časovni odziv PN in Schottky diode za pravokotno krmiljenje. 25. Parametri preklopa diode, trr za PN, trr=0 za Schottky. 26. Elektrina in dodatna kapacitivnost manjšinskih nosilcev. 27. Primejava kapacitnivnosti spoja s kapacitivnostjo manjšinskih nosilcev. 28. Uporaba počasne diode kot visokofrekvenčno stikalo. 29. Izvedba preklopa antene med sprejemnikom in oddajnikom. 30. Izvedba stikalne PIN diode za zmanjšanje skupne induktivnosti. 31. Debela PIN dioda kot spremenljiv visokofrekvenčni upor. 32. Površinski preboj v VF Schottky diodi, guard-ring NF Schottky. 33. Izvedba visokofrekvenčnega detektorja. 34. Kvadratični in linearni režim detektorja v linearni in log skali. 14.10.2016 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA (SLO+ENG) ---------------------------------------------------------- 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, pasivizacija. 5. Tokovno ojačanje tranzistorja Beta, velikostni razred, zahteve za dopiranje. 6. Napetostni ojačevalnik v vezavi s skupno bazo (U), ocena Au. 7. Tokovni ojačevalnik s skupnim kolektorjem (I) emitorski sledilnik Ai=Beta. 8. Ojačevalnik s skupnim emitorjem (UI). 9. Odziv ojačevalnika s skupnim emitorjem, ojačane majhnih signalov, nasičenje. 10. Delovna točka ojačevalnika: A, B, dualni B in C. 11. Nastavitev delovne točke ojačevalnika v razredu A. 12. Nevarnost toplotnega pobega zaradi -2.2mV/K spoja BE. 13. Delovna točka s tokovnim virom v bazi, težava odstopanje Beta. 14. Delovna točka s povratno vezavo Rcb, znižuje tokovno ojačanje ampak preprosto. 15. Delovna točka s povratno vezavo Re+Ce, komplicirano za stare Ge tranzistorje. 16. Napačno vezje za nastavitev delovne točke NF ojačevalnika. 17. Osnovno nadomestno vezje tranzistorja: dioda BE in krmiljen tokovni vir. 18. Dodatna dioda BK, običajno v zapori. 19. Prebojne napetosti Si tranzistorja, As emitor, počasna rast Schottky diode. 20. Nadomestno vezje s paraziti: Cmiller in Cmanjšinjskih. 21. Upadanje Beta s frekvenco zaradi kapacitivnosti manjšinskih nosilcev. 22. Izračun časovne konstante RdCm spoja BE. 23. Definicija fBeta in fT tranzistorja, računanje, zgledi SiNF, SiVF, SiGe, HBT. 24. BJT v nasičenju, zakasnitev manjšinskih ob izklopu, Schottky tranzistor. 25. Potek Beta in fT s kolektorskim tokom, učinek upornosti baze, izriv toka. 26. Visokofrekvenčni tranzistorji: vzporedna vezava znižuje upornost baze. 27. Neenakomerna porazdelitev zaradi negativnega TK, sekundarni preboj. 28. Diagram omejitev tranzistorja: Imax, Umax, Pmax, sekundarni preboj, SOA. 29. Emitorski prsti in izenačevalni upori v visokofrekvenčnih BJT. 30. Izbira izenačevalnih uporov glede na razred ojačevalnika in frekvenco. 31. Vgradnja Si-NPN čipa v ohišje, učinek induktivnosti bondirnih žic. 32. Povezave in hlajenje močnostnega VF tranzistorja, ohišje iz BeO. 21.10.2016 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA (SLO+ENG) ---------------------------------------------------------- 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. Strah pred prebojem tankega oksida MOS, zaščitne diode da ali ne? 13. Močnostni nizkofrekvenčni MOSFET, struktura VMOS in sodobni MOSFET. 14. Temperaturni koeficient upornosti kanala, porazdelitev toka. 15. Nadomestno vezje MOSFETa v linearnem režimu, velikostni razredi kapacitivnosti. 16. Povezave in hlajenje močnostnega VF tranzistorja, ohišje iz BeO. 17. Močnostni visokofrekvenčni MOSFET, struktura LDMOS, skupni S. 18. Polprevodniki 3-5, mobilnost elektornov v Si in v GaAs. 19. Izvedba MESFETa iz GaAs, dolžina kanala nekoč in danes. 20. Lastnosti MESFETov iz GaAs (majhen šum) in InP (hitrost). 21. Prebojne napetosti malosignalnih in močnostnih MESFETov. 22. Zvišanje mobilnosti v heterostrukturi, 2D oblak elektronov. 23. Frekvenčne zmogljivosti HEMTov. 24. Igmax HEMTa, mehanizem počasnega crkovanja 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. Primerjava krivulj Id(Ugs) za MESFET, HEMT, E-HEMT in GaN HEMT. 30. Visokofrekvenčna stikala z MESFETi. 31. Tloris nizkošumnega in močnostnega MESFETa. 32. *** 1. TIHA VAJA IZ VISOKOFREKVENČNE TEHNIKE ***. 28.10.2016 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA (SLO+ENG) ---------------------------------------------------------- 1. Naloge v visokofrekvenčni tehniki, možnosti meritev impedance in admitance? 2. Definicija odbojnosti, preračunavanje Z<>Gama, izbira Zk. 3. Napredujoči in odbiti val na prenosnem vodu. 4. Smithov diagram za odbojnost pasivnega bremena. 5. Preslikava odbojnosti na brezizgubnem vodu. 6. Moči napredujočega, odbitega vala in bremena, pomen velikosti odbojnosti. 7. Meritev odbojnosti z mostičkom, resnična vir in voltmeter. 8. Meritev odbojnosti s smernim sklopnikom, potek sklopa z dolžino. 9. Koaksialni kabel, Zk, slabljenje, optimalne izmere, področje impedanc. 10. Definicija četveropola oziroma dvovhodnega vezja. 11. Definicija S parametrov z matričnim računom, povezave z matrikami Z,Y,ABCD. 12. Simetrija, recipročnost in prilagojenost s S parametri. 13. S parametri zaporedne impedance. 14. S parametri brezizgubmega voda. 15. Vhodna odbojnost četveropola, ki je zakljčen na poljubno breme. 16. Ojačevalnik in sita v visokofrekvenčnih vezjih. 17. S parametri idealnega enosmernega ojačevalnika brez odbojev. 18. S parametri brezizgubnega simetričnega pasovnega sita. 19. Stabilnost ojačevalnika abs(S11)<1, abs(S22)<1, običajno izpoljnjeno. 20. Rollett-ov faktor stabilnosti K, brezpogojna stabilnost četveropola. 21. Vstavitveno ojačanje četveropola abs(S21**2). 22. Maximum Available Gain brezpogojno stabilnega ojačevalnika. 23. Maximum Stable Gain pogojno stabilnega ojačevalnika abs(S21/S12). 24. Krivec za K<1 je Millerjeva kapaciticnost aktivnih gradnikov, ki daje S12. 25. Huth-Kuehn-ov oscilator 1917. 25. Protiukrep: vakuumska tetroda Walter Schottky 1917, ozemljena baza, kaskada, MOS tetroda. 26. Protiukrep: obremenitev: zaporedni upor v bazi, vzporedni v kolektorju. 27. Protiukrep: izgubna (uporovna) povratna vezava v MMIC. 28. Protiukrep: brezizgubna L v skupni elektrodi, trafo. 29. Protiukrep: nevtralizacija kapacitivnosti s transformatorjem. 30. Nevtralizacija v simetričnih (diferencialnih) ojačevalnikih. 4.11.2016 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA (SLO+ENG) --------------------------------------------------------- 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. Graf šumne temperature neba z razlago. 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. Izračun šumne temperature sprejemnika. 12. Zgled: izračun šumne temperature neskončne verige enakih gradnikov. 13. Neumna definicija šumnega števila z razmerji signal/šum. 14. Zgodovinska razlaga, zakaj do neumne definicije okoli 1960. 15. Definicija šumnega števila iz šumne temperature. 16. Logaritemske merske enote za šumno število. 17. Izračun šumnega števila verige v linearnih in logaritemskih enotah. 18. Šumno število neskončne verige enakih gradnikov. 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. Posebni primer, ko je tempeatura slabilca Tr=To enaka referenčni. 23. Izračun nadomestnega šumnega števila verige slabilca in ojačevalnika. 24. Izračun verige izgubnih sit in ojačevalnikov. 25. Resnična izgubna antena kot brezizgubna s slabilcem. 26. Zgled: šumna temperatura sprejemnika z izgubnim kablom. 27. Zgled: šumna temperatura verige s predojačevalnikom pri sprejemniku. 28. Zgled: šumna temperatura verige s predojačevalnikom pri anteni. 29. Izboljšanje razmerja signal/šum s predojačevalnkom. 30. Primerjava izboljšanja razmerja signal/šum z razliko šumnih števil. 31. Zgled: šumna temperatura sat-tv z dvema različima sprejemnikoma. 32. Izboljšanje razmerja signal/šum sat-tv z nižjim šumnim številom. 33. Zgled: šumna temperatura kratkovalovnega sprejemnika z anteno pri 27MHz. 34. Zanemarljiv učinek šumnega števila na S/N kratkovalovnega sprejemnika. 35. Definicija razmerja G/T satelitskega sprejemnika. 36. Izbira kota sevanja žarilca zrcala za maxG oziroma maxG/T. 11.11.2016 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA (SLO+ENG) ---------------------------------------------------------- 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, G10.7>0.455. 25. Delovanje dveh mešalnikov v kvadraturi, mešalnik z dušenjem zrcalne. 26. Izločanje zrcalnega odziva v kvadraturnem mešalniku, tehnične omejitve. 27. Weaver SSB sprejemnik, spekter govora in demodulacija ničelne medfrekvence. 28. Podatkvni oddajnik z IQ modulatorjem. 29. Podatkovni sprejemnik z ničelno medfrekvenco, protivrtenje kazalcev. 23.1.2017 - predavanja VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA (SLO+ENG) --------------------------------------------------------- 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 in kvarčnega stekla SiO2. 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: mikrostrip, trakasti, koplanarni, ozemljeni koplanarni, dvovod brez/z ozemljitvijo, režasti, SIW 9. Približek Zk mikrotrakastega voda brez stresanja je neuporaben. 10. TEM približek po Wheelerju, uporaba grafov in približnih enačb. 11. Efektivna dielektričnost po Wheelerju, faktor polnitve q. 12. Višji rodovi v mikrotrakastem vodu, zgled prvi višji w=lambda/2. 13. Pojavi pri visokih frekvencah, uvijanje silnic, vzdolžno polje, nedefiniran U,Z. 14. Izgube mikrotrakastega voda: izriv toka na rob traku, hrapavost in dielektrik. 15. Preprosti gradniki: kapacitivni in induktivni štrcelj, lambda/4 transformator. 16. Lambda/4 rezonator iz mikrotrakastega voda. 17. Lambda/2 rezomator v mikrotraksti tehniki, odprti in kratkosklenjeni. 18. Sodi in lihi rod v mikrotrakastem sklopniku. 19. Nadomestno električno vezje mikrotrakstega sklopnika, neenakost sklopov. 20. Interdigitalno sito v mikrotrakasti tehniki, seštevanje sklopov. 21. Glavnikasto sito v mikrotrakasti tehniki, odštevanje sklopov. 22. Pasovno sito iz odprtih lambda/2 rezonatorjev, ravno in zavito. 23. Višje rezonance lambda/4 in lambda/2 rezonatorjev. 24. Delilniki moči: Wilkinson in kvadraturni. 25. Mikrotrakaste krpičaste antene, impedanca in izkoristek. 26. Rezonance ohišja mikrotrakastega vezja, izračun najnižje. 27. Dušenje rezonanc ohišja z mikrovalovnim absorberjem. 28. *** 5. TIHA VAJA IZ VISOKOFREKVENČNE TEHNIKE ***. Zaporedje laboratorijskih vaj Visokofrekvenčna tehnika 2016/17: --------------------------------------------------------------- 10.10.2016 - laboratorijske vaje VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA (SLO+ENG) ------------------------------------------------------------------- 1. Namestitev merilne opreme v laboratoriju. 2. Visokofrekvenčni merilni inštrumenti, rokovanje z njimi. 3. Vrste visokofrekvenčnih vtičnic, koaks in valovod. 4. Višji rodovi in neželjene rezonance koaksialnih vtičnic. 5. Nega in čiščenje koaksialnih vtičnic. 6. Demonstracija s predavanj: reverse-recovery PN diode, študentje praktično postavljajo tri enake poskuse. (Prisotnih 10 študentov, pomaga Aljaž) 24.10.2016 - laboratorijske vaje VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA (SLO+ENG) ------------------------------------------------------------------- 1. Električne lastnosti varikap diode 2. Mejna frekvenca bipolarnega tranzistorja 3. VF detektor s Schottky diodo 4. VF ojačevalnik z bipolarnim tranzistorjem (Prisotnih 10 študentov, pomagata Aljaž in Jože) 14.11.2016 - laboratorijske vaje VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA (SLO+ENG) ------------------------------------------------------------------- 5. Visokofrekvenčno stikalo s PIN diodo 6. Stabilnost MMIC ojačevalnika 7. VF ojačevalnik z MOS tranzistorjem 8. Polprevodniška tetroda (Prisotnih 10 študentov, pomagata Aljaž in Jože) 21.11.2016 - laboratorijske vaje VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA (SLO+ENG) ------------------------------------------------------------------- 1. Gradnja UKV FM sprejemnika - jedkanje, vrtanje, spajkanje, oživeli 5 sprejemnikov (Prisotnih 10 študentov, pomagata Aljaž in Jože) 28.11.2016 - laboratorijske vaje VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA (SLO+ENG) ------------------------------------------------------------------- 9. Moč in ojačanje ojačevalnika v nasičenju 10. Meritev šumnega števila ojačevalnika 11. Umerjanje toplotnega izvora šuma 12. Ne-recipročnost cirkulatorjev (Prisotnih 9 študentov, pomagata Aljaž in Jože) 12.12.2016 - laboratorijske vaje VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA (SLO+ENG) ------------------------------------------------------------------- 13. Umerjanje izvora šuma s plazovno diodo 14. Intermodulacijsko popačenje 15. Kvaliteta votlinskega rezonatorja 16. Piezoelektrični rezonatorji (Prisotnih 10 študentov, pomagata Aljaž in Jože) 9.1.2017 - laboratorijske vaje VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA (SLO+ENG) ----------------------------------------------------------------- 1. Karakteristična impedanca LC sita 2. Popačenje ojačevalnika v razredu "B" 3. Diodni mešalnik 4. Super-regenerativni sprejemnik (Prisotnih 10 študentov, pomagata Aljaž in Jože) 13.1.2017 - laboratorijske vaje VISOKOFREKVENČNA TEHNIKA (SLO+ENG) ------------------------------------------------------------------ 1. Izguba BPSK demodulatorja 2. Stabilnost fazno-sklenjene zanke 3. Fazni šum visokofrekvenčnega oscilatorja 4. Kvadraturni mešalnik (Aljaž nadomešča predavanja)