Технические науки/6. Электротехника и радиоэлектроника

К.т.н. Лищинская Л.Б.., Мирошникова С. В.

Винницкий национальный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ УМНОЖИТЕЛЯ ИНДУКТИВНОСТИ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

При построении микроэлектронной аппаратуры стоит проблема реализации интегральной индуктивности. Она решается путем использования пленочной индуктивности и гираторов|. Недостатком гираторных | индуктивностей является их ограниченный частотный диапазон, большое потребление энергии, необходимость использования большого количества транзисторов, что понижает их стабильность. В тонкопленочных| катушках индуктивности эти недостатки отсутствуют, но величины их индуктивности и добротности пропорционально зависят от геометрических размеров, что ограничивает возможность миниатюризации. Кроме этого, учитывая, что катушки индуктивности изготовляются с использованием золота, при массовом производстве ухудшается экономическая рентабельность. Решить данные проблемы возможно путем использования умножителей индуктивности.

Умножитель индуктивности - активный четырехполюсник, величина индуктивности между одной из пар клемм которого пропорционально зависит от величины индуктивности, подключенной к другой паре клемм (рис.1а). Характерным примером умножителей индуктивности является обобщенный конвертор иммитанса|, с помощью которого возможно не только умножение индуктивности, но и при определенных условиях повышение добротности.

К основным параметрам такого умножителя индуктивность относятся:

1. Коэффициент умножения индуктивности

, (1)

где - величина умножаемой индуктивности, - величина умноженной индуктивности.

2. Минимальная частота умножения индуктивности , где .

3. Максимальная частота умножения индуктивности , где .

4. Абсолютная полоса| умножения индуктивности| .

5. Относительная полоса| умножение индуктивности .

6. Коэффициент умножения добротности

, (2)

где - добротность умножаемой индуктивности, - добротность реализованной индуктивности.

7. Управляемость (крутизна перестройки|)

. (3)

8. Температурный коэффициент:

, (4)

где - изменение коэффициента умножения при изменении температуры на С .

9. Оптимальное значение умножаемой индуктивности , которое находится как максимум зависимости от [1].

Рис.1 Умножитель индуктивности: схематическое обозначение а) реализация на биполярном транзисторе б)

Исследовалась схема умножителя индуктивности на биполярном транзисторе КТ640, включеного по схеме с общим коллектором (рис.1 б), обладающий свойствами обобщенного конвертора иммитанса и имеющий широкую частотную область потенциальной неустойчивости [2].

Полученные зависимости коэффициента умножения индуктивности от температуры для разных значений L₁ показаны на рис. 2. Исследования проводились для оптимальной частоты умножения (для L₁ = 1 нГн, f_opt = 2,4 ГГц; для L₁ = 3 нГн, f_opt = 1,52 ГГц; для L₁ = 4 нГн. f_opt = 1,33 ГГц). В диапазоне температур -2010 ^оС и 4060 ^оС коэффициент умножения индуктивности K_L практически не зависит от температуры. В диапазоне температур 10 – 40 ^оС коэффициент умноження индуктивности K_L зависит от температуры, причем чем больше значение индуктивности L₁, тем больший коэффициент умножения индуктивности K_L получаем: для L₁ = 1 нГн коэффициент умноження индуктивности K_L = 1,62, для L₁ = 3 нГн коэффициент умноження индуктивности K_L = 1,75, для L₁ = 4 нГн коэффициент умноження индуктивности K_L = 1,79.

Рисунок 2 - Зависимости коэффициента умножения индуктивности от температуры для разных значений L₁ для биполярного транзистора КТ640

Для умножителей индуктивности был рассчитан ТК. В случае, когда преобразуемая индуктивность составляет 1 нГн, ТКУ = 0,002, а если преобразуемая индуктивность составляет 4 нГн, то ТКУ = -0,009. Таким образом, разные знаки ТК позволяют получить большую температурную стабильность путем каскадного включения умножителей.

Исследовалась зависимость коэффициента умножения индуктивности K_L от напряжения питания U_пит (рис.3). Исследования проводились для оптимальной частоты умножения при температуре t=20⁰С.

Рисунок 3 - Зависимости коэффициента умножения индуктивности от напряжения питания U_пит для различных значений L₁ для биполярного транзистора КТ640

Из приведенных графиков видно, что K_L увеличивается до значения U_пит = 12 В для L₁=1 нГн, U_пит = 10,5 В для L₁=3 нГн и L₁=4 нГн, достигая максимального значения 1,79 для L₁=4 нГн, а при дальнейшем увеличении напряжения питания наблюдается падение коэффициента умножения индуктивности.

Литература:

1. Ліщинська Л.Б., Булига І.В., Войцеховська О.В. Оптимізація параметрів помножувача індуктивності // Вісник ВПІ. – 2008. – № 2. – С. 81-87.

2. Филинюк Н.А. Активные СВЧ фильтры на транзисторах. – М.: Радио и связь, 1987. – 124с.