Технические науки/6. Электротехника и радиоэлектроника

 

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

Винницкий национальный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ УМНОЖИТЕЛЯ ИНДУКТИВНОСТИ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ ШОТТКИ

 

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 полевом транзисторе б)

 

Исследовалась схема умножителя индуктивности на полевом транзисторе Шоттки 3П321, включенням по схеме с общим стоком (рис.1 б) [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, fopt = 4,8 ГГц; для L1 = 2 нГн, fopt = 3,48 ГГц; для L1 = 3 нГн, fopt = 2,86 ГГц; для L1 = 4 нГн, fopt = 2,49 ГГц). Для L1 = 1 нГн и L1 = 2 нГн коэффициент умноження индуктивности KL с ростом температуры уменьшается. Для L1 = 3 нГн и L1 = 4 нГн с ростом температуры KL увеличивается.

 

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

Для умножителей индуктивности был рассчитан ТКУ. В случае, когда  преобразуемая индуктивность составляет 1 нГн, ТКУ = -0,009, а если  преобразуемая индуктивность составляет 4 нГн, то ТКУ = 0,008. Таким образом, разные знаки ТКУ позволяют получить большую температурную стабильность путем каскадного включения умножителей.

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

 

Рисунок 3 - Зависимости коэффициента умножения индуктивности от напряжения питания Uпит для разных значений L1

Из приведенных графиков видно, что KL увеличивается до значения Uпит = 9В, достигая максимального значения 6,7, 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.