автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Теория нелинейных транзисторных негатронов для устройств систем управления

В1ННИЦБКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХШЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ - Мшютерство освлти Украши

О (У'Т и и I \ >

На правах рукопису

УДК 621.38

МОЛЧАНОВ ПАВЛО АНАТОЛШОВИЧ

ТЕОР1Я НЕЛ1Н1ЙНИХ ТРАНЗИСТОРНИХ НЕГАТРОН1В ДЛЯ ПРИСТРОГВ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ

Спещальшсть 05.13.05 - елементи та пристро!

обчислювально! техшки та систем керування

Автореферат

дисертацп на здобуття наукового ступеня доктора техшчних наук

Вшяиця - 1998р.

Дисертащя е рукопис.

Роботу виконано на кафедр! проекгування компьютерно! 1 оптоелектронно! техшки у Вшницькому державному техтчиок ушверситей Мшштерства осв!ти Украши.

Офщшш опоненти: доктор техшчних наук, професор

Кандалев А.1., проввдний науковий сшвробггник шституту тбернетики НАН Украши,

доктор техшчнних наук, професор Дудикевич В.Б., зав1дувач кафедри автоматши 1 телемехашки державного ушверситету "Льв1вська пол1техшка" Мпистерства освгги Украши ,

доктор техшчних наук Манойлов В.П., професор кафедри автоматизаци та комп'ютеризованих технологш Житомирського державного шженерно-технолопчного шституту Мпистерства освгги Украши.

Провщна установа:

Нацюнальний техшчний утверситет Украши "КП1", кафедра автоматизаци проектування динам!чних об'ект1в 1 систем.

Зах1ст вздбудеться

^ » ^

_1998 р.

о У_годит нг

заыданш спещал1зовано! вчено! ради Д 05. 052. 01 у Вшницькому державному техшчному ушверситеп за адресом: 286021, м. Вшниця Хмелышцьке шосе, 95.

3 дисертащею можна ознайомитись у б1блк>тещ Вшницькогс державного техшчного ушверситету.

Автореферат роз1слашш

Вчений секретар спещатзовано! вчено!" ради

_1998 р.

Лисогор В.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Обгрунтування актуальное™ теми. Розширення областей 5икористання обчислювально! технши та систем керування иов'язйно s зменшенням часу та зб1лыпенням к1лькост1 команд, що шконуються. Це забезпечуеться шдвищенням швидкоси виконання жремих операций. Робоча частота сучасиих пристрогв )бчислювально1 техшки та систем керування вже досягла нижньо! гастки надвисокочастотного (НВЧ) д1апазону та постшно идвищуеться. Якщо на низьких частотах комплексный характер inopiB керованих елемент1в можна було не враховувати, то в НВЧ ¡Даназош реактивш складов! cyMipHi або перевищують активш :кладогц i ix впливом нехтувати вже не можна. Шдвищення робочо! (астоти керованого елемента, призводить до зб1льшення впливу )еактивних складових опору, i як наслщок зниження його техшчних •а експлуатацппшх характеристик.

При традкцшному шдход! комплексний характер onopiB серованих елементав компенсуеться шляхом введения допом!жних 'згоджуючих слемент1в або пристрой по входу та виходу, що [разводить до i'x ускладнення й шдвищення втрат.

При використанш транзисторних негатрошв, тобто схем з ад'емним активним диференщальним опором, реактивний onip астосовуеться для полшшення характеристик керування або в якост1 ;опом1жного елемента керування. Це дозволяе повшетю икористовувати частотш властивост! 1снуючих натвпроввдникових лемегтв, та розробити пристрой систем керування на частотах, лизьких, або перевищуючих граничш, i таким чином шдвищувати астотний д1апазон пристрош систем керування до верхньох частини ГВЧ д1апазону, що робить ix вельми перспективними елементами. ¡икористання реактивних властивостей нашвпровадникових [ристрогв дозволяе зам1стиги 1ндуктивн1 та емшеш елементи, що дае могу значно спростити схеми керованих реактивних елемент1в i ехнолог1ю ix виготовлення у штегральному вигляд1

Досладженшо пристроа'в з вад'емним диференщальним опором, янтезованих на ochobI транзисторних схем присвячеш роботи акордонних вчених : Гаряшова С.А., Хотунцева Ю.Л., Adams D.K., lo R.Y., Dutta Roy, Dill H., Usirokawa A., Jamaguchi I., Shuller M., ,adany I., Lindmauer I., Iosephs H.C., Saito Т., Fujimura I.

Цей напрямок вперше було систематизовано в роботах Нлишока М.А., i Bin отримав назву - негатрошка, а пристро'ь як1 laioTh вхд'емний диференщальнип onip - RLC-негатрони.

Для координацй наукових дослщжень в цьому напрямку в 1991 оод на Всесоюзшй науково-техтчнщ конференцп "Прилади з

вад'емним опором i штегральш перетворювача на i'x 0CH0Bi" в м1ст Баку був утворений всесоюзний координацшний цент! "Негатрошка". В Украхш досшдження в цьому напрямк; проводяться у Вшницькому державному техтчному ушверситет! Досшдження шдуктивних властивостей в натвпр0в1дш1К0вш пристроях, де спостер1гався i в1д'емний onip, започаткован« професором Осадчуком B.C. та зараз продовжуеться на ряд! кафед{ утверситету.

Розробка пристроив систем керування на основ! транзисторные негатрошв е актуальным науковим напрямком, який дозволяе значш шдвищити частотний д1апазон транзисторних керованих слемент!в спростити схеми керування та технологий виготовлення i штегральному вигляд1, пол1тпити i'x масогобаритш та варпсн характеристики, розробити низку нових надвисокочастотню прнстро1в з параметрами, що перевищують icHyi04i.

Автор виказуе глибоку подяку нрофесору Осадчуку Володимирз Степановичу та професору Фшинюку Микол1 Антоновичу, пц кер1вяицтвом яких починав цю наукову роботу.

Зв'язок з державшими програмамн науково-досладних po6iT Робота вщповвдае одному з прюритетних напрямыв розвигку науки ; техшки в Укра1ш, а саме, розд1лу 6 "Перспективт шформацшн: технологи, прилади комплексно! автоматизаци систем зв'язку" пункту 6.5 ДНТП "Перифершш засоби обчислювально! техшки Анал1тичне приладобудування. Створення i освоения виробництвг нових наукових та анал1тичних прилад1в". Отримаш результат! використовувались в прюритетних держбюджетних науково дослвдних роботах 50-Г-ЗЗ (0193V027637), 5022 (0196V017163), 50 Д-122 (0194V013573), 50-Д-179 (0197V012589).

Проблема. Проектування транзисторних пристроиз з взд'емним активним та керованим реактивним дыференщальним опорок базуеться на використанга. л1шйнох теори транзисторних негатронп та лшшних моделей. Але вже при незначних .змшах р1вшв сигнала , в керуючш систем! спостер!гаеться погчршення техшчних те експлуатацшних характеристик таких пристро1в, що може привесп до порушення роботи об'екта керування. Виникае необхадшсп визначення межи л1ншного режиму й проектування пристро1в систем керування в нелйшйному режимь Використання л1шйних моделей для проектування керуючих елемент!в в нелшшному режим! дас значш похибки. Також iCHye ряд елемснт!в i пристрохв систем керування, принцип дЛ яких грунтуеться на використанш сутс нелшшних ефектав. До них можна ввднести генеруюч1 перетворюкта, параметричш елементи та пристро!.

ЕИдокп нелшшш модел1 транзисторних структур враховують ильки нелшшносп статичних характеристик. Методи проектування нелшшних пристроив на основ1 елементв з в1д'емним опором, напршслад генератор1в на лавинно-прольотних або тунельних дшдах, не дозволяють рахувати вплпв величини сигналу, струм1в та напруг живлення на динам1чш диференщальш параметры пристрою, ЯК1 визначають принцип його роботи, тобто не можуть бути використаш для проектування цього класу пристро!в.

Таким чином виникла проблема покращення техшчннх та експлуатацшних характеристик пристрою систем керування на осноги транзисторних негатрошв.

Мета 1 задач! дослвдження.

Метою досМдження е розв'язання проблеми проектування прпстрош систем керування на основ1 динам1чних транзисторних негатрошв при зм1т р1втв керуючих 1 вх1дних сигналов, тобто в нелшшному режимг, для чого необхадно розробити теорио нелшшних динамйчних транзисторних негатрошв.

Для досягнення ще! мети треба розв'язати настулш задач!:

1. Використовуючи критери ефективноси провести анал1з та обрати методи моделювання нелшшного режиму динам1чних транзисторних негатрошв 1 ф1зичних продес1в, як1 в них виникають.

2. Розробити нелшшш модел1 динам!чних транзисторних негатрошв для бшолярних 1 польових транзисторов.

3. Розробити методи теоретичного та експериментального дослщження динакичних параметр1в транзисторних негатрошв в нелшому режим!, та провести експериментальну переварку адекватност! розроблених нелШйних моделей.

4. Розробити методики розрахунку елемеш1в та пристроьв систем керування на основI нелшшних транзисторних негатрошв: перетворюючих, автогенераторних, параметричних, комутуючих, фшьтруючих.

5. Провести проектування 1 досМдження нових нелшшних прпстрош на основ! транзисторних негатрошв.

Наукова новизна одержаних результате. В робота отримаш наступш науков1 результати:

1 .Проведений анал1з 1 розроблен! нелшшш модел1 динакичних транзисторних негатрошв, яш на в1дмшу в!д в1домих враховують вплив великого сигналу , струдив 1 напруг живлення на динам1чш диференщальш параметри негатрошв.

2.3а допомогою розроблених моделей було отримано анал1тичю сшвв1дношення, за допомогою яких було дослщжено динам1чш диференц1альш параметри транзисторних негатрошв в нелшшному режиму що дало змогу отримати нов1 науков! результати • -

динашчнх , струмст та навантажувальн! характеристики негатрошв, як1 було використано для покращення техшчних та ексилуатацшних характеристик, а також иобудови нових пристроив систем керування.

3.Створеш методи теоретичного та експериментального досл1дження нелшшних транзисторних негатрошв та пристроив на хх основу яш на вщмшу в1д вщомих дозволяють проводити дослЦжецня диыаьйчних диференщальних параметр1в негатрошв в нелдайному режим!, що дало змогу перев1рити адекватшсть запропонованих моделей та аналггичних сшввхдношень.

4.На основ! запропонованих моделей розроблещ методики розрахунку параметр1в пристро!в систем керування на основ1 нел1ншних транзисторних негатрошв - автогенератор1в, перетворювач!в частоти, та параметричних пристрош, як1 стали основою для 1х проектування.

5.3а допомогою досладжених характеристик негатрошв розроблеш методики динамично! й температурно!' стабипзаци прпстро1в систем керування, що дало змогу покращити 1х техшчш та експлуатацшш. характеристики.

б.Отримаш в процес1 роботи нов1 науковх результати дозволили полшшитц характеристики !снуючих пристроив, а також розробити нов! типи пристрогв систем керування - автогенерагорш, поретворювач1, параметричш, ф1льтруюч1, комутукга пристро! та активы вим^рювальш перетворювача.

Концептуальна основа нел1ншно! теорп негатрошв моститься у наступних положениях:

1.Процеси у динам1чних транзисторних негатронах, вже при досить малих сигналах (1Ш> 1о/3), суттево нелшшш, визначають його диференщальш параметри в динам1чному режим1 та повинш описувагись за допомогою нелшшно!' модель

2.На вадмшу вад лшшного, малосигнального режиму, в нел1шйпому режим! основний вплив на динам1чш параметри негатрошв виявляють принципа формування, переносу та розикання об'емних зарядов, хцо формуються в транзисторшй структур!.

3.Нелшиша модель пов'язуе систему диференщальних параметр1в динам1чного транзисторного негатрона з амплитудок вхадного сигналу, струмами та напругами живлення транзисторно: структури, та в стацюнарному режим! може бути описана за допомогою функщональних ряд1в Вольтерра, а в нестацшнарному (параметричному) режим!, за допомогою методу суперпозици.

4.3апропонован! нелшшш модел1, методи теоретичного та експериментального дослщження, методики розрахунку й стаб1Л1заци параметр1в можуть бути використаш для проектування

р1зних тишв пристро!в систем керування на ochobI транзисторних негатрошв та полшшення параметров оснуючих.

Об'ектом дослвдження е динам1чш транзисторш негатрони -транзисторш структури з вщ'емним активним i керованим реактивним дисререящалыпт опором в нелшшному динам1чному режим!, яга е основою для проектування НВЧ пристро!в систем керування. Дослздження грунтуеться на описуванш ф1зичних процеыв. у вказаних транзисторних структурах. Розглядатимуться нелшшш транзисторш негатрони на бшолярних та польових транзисторах.

Наукове направления - це розробка теорп нелшшних транзисторних негатрошв, теоретичного i експериментального дослздження хх характеристик, та проектування пристро1в систем керування на i'x ochobL

Практичне значения одержаннх результатав. Одержат науков1 результата впроваджеш в науков1 розробки в Центральному конструкторському бюро автоматики, ЦНД1 "HaBiraqmHi комп'ютерш системи", а також на шдприемствах: п/с А-1586, Р-6045, А-3650, М-5741.

Впровадження розроблених на основ1 нелшшно! теорп пристроив дозволило:

- отримати автогенераторт пристро!, ККД та диапазон перестроювання перевищуе в1дом1 св1тов1 аналоги,

- зменшити в 5-10 раз1в масу та габарити активних ф1льтруючих кш та значно тдвищити 'ix експлуатацшш параметри,

- значно спростити схеми функщональних блок!в пристроив пром1жно1 частоти, завдяки чому зменшити i'x розм1ри в 5-10 раз!в, та значно зменшити соб1вартасть,

- розробити методики температурно! та динамичной стабтзацп активних ф1лътр1в , що дозволяють значно полшшити 'ix експлуатащйш властивоста,

полшшити динам1чш характеристики та стабшынсть розроблених пристропз,

зменшити затрати на проектування та виробництво впроваджених вироб1в.

Теоретичш модел1 та розробки використовуються в методичних розробках в курсах "Перифершш засоби обчислювально! техшки" та "Чисельш методи в шженернш д1яльностГ\ в випускних роботах MaricTpiB та досладженнях acnipaHTiB.

Особнстий внесок здобувача. Bei основш положения Teopii нелшшних транзисторних негатрошв, запропоноваш нелшшш модол1, методи стабипзацп, досладження стшкост!, та

експериментальних досшджень розроблеш здобувачем самостшно та викладеш в монографп та 7 одноособових публпсащях.

При розробщ практичних схем пристро1в на ochobI транзисторних негатрошв та досллдженш ix характеристик, при виконанш догов1рних науково-дослщних po6iT, автор частково залучав ствавтор1в. В цих випадках доля участ! автора в зв1тах та патентах визначена у супроводжуючих документах.

Апробащя результата роботи. Викладеш в дисертацшнш робой науков1 положения та науков1 результати було докладено на 40 шжнародних та республ!канських наукових конференщях, симшшумах, семшарах.

Публжаци. Основш положения днсертацп опублшоваш у монографн, 7 одноособових та 8 сум1сних статтях в наукових зб1рках та журналах, 26 шших публшащях, 14 авторських св1додтвах на винахщ та 5 патентах Украши на винах], д.

Обсяг i структура дисертацп. Дисертащйна робота складаеться з вступу i шести роздЪпв, викладена на 292 сторинках друкованого тексту, метить 104 рисунка, 13 таблиць, 157 лйгературних джерела, документа що шдтверджують впровадження результат1в дослзджень та 3 додатки.

ОСНОВНИЙ 3MICT РОБОТИ

У встуш в1дображеш актуальшсть проблеми, мета i задач1 досладження, наукова новизна отриманих результат1в та ix практичне значения, а також впровадження та апробащя результапв роботи.

У першому роздш1 в наведенш класифжацп транзисторних негатрошв вщокремлений тип пристроив, а саме динам1чш транзисторш негатрони, як1 е об'ектом досллдження. Обгрунтоваш методи анал1зу транзисторних негатрошв у нелшшному режимь Визначена мета i задач1 дослэджешш. Визначенэ. KpiTepii ефективноста моделювання.

В другому роздии викладено теоретичш основи моделювання динам1чних транзисторних негатрошв у нелшшному режим!. Аналш нел1шйного режиму транзисторних структур, грунтуються на використанш моделей Гуммеля-Пуна, Гамильтона або шших, як1 описують нелшшш статичш характеристики транзистор1в. Використання таких моделей для описування впливу сигнал1в на динашчш. диференщальш параметри транзисторних структур, а також досл1дження динам1чних процес!в, из,о визначають роботу негатрона практично неможливо. Тому була розроблена нелшшна модель транзисторного негатрона.

Як показано в попередшх роботах, задача моделювання шерцшних i шжекщйних процес1в в транзисторних структурах

вводиться практично до моделювання накопичення та розтшання об'емних заряд1в, тому моделювання грунтуеться на використанш зарядово!' модель В модел1 враховано вшгав об'емного заряду шжектованих носив струму на час вздкриття та закриття ем1терного переходу.

В режим1 великого сигналу шжектоваш 1з ем1тера в базу носи струму створюють в баз! б!ля емгтерного переходу об'емний заряд 6?, що иере.шкоджае подалыпш шжекцп носив струму в базу. В результат! ем1терннй перехад закриваеться рашше, шж в режим! малого сигналу. Так як шжектований заряд пропорцшний прикладешй напруз1, то його величину враховано за допомогою введения дифузшно! емноста Якщо ампульс шжектованого

ем1терного струму задаеться в виглядк

К = Ь + 81паЛ ,

то струм дифузшно! емностх дор1внюе

¿7 • (1)

Дифузшна емшсть е коеф!ц1ентом пропорцшност1 М1ж прикладеною напругою 1 ввдповщним об'емним зарядом С} :

Я 1

с

de тт 9

и ге0)т

де U = (I0 + Im sin (ot)re - напруга на перехода ем!тер - база, сот- власне значения гранично! частоти, яке визначаеться часом переносу носив струму в базк

Тод! поставивши значения Q, Cde,Uв (1) отримаемо

d(I0 + Im sin at)rc (——)

i =_

dt

i шсля диференпцювання:

lc=Im-cos at.

coT

Умовою закриття ем1терного переходу транзистора буде р1вшсть суми струм1в активно! i емшено! складових переходу:

Íe+Íce=0,

або теля подстановки значень струм1в:

10 + /,„ sin (otx + Im — cos = О (2)

у _ о

Шсля введення безрозьпрного коефщ1енту х ~~ ~Г~ р1вняння (2)

J т

приймае вигляд:

,, ы

Y +sin cot,+-coscotj=0 . (3)

• соТ

Розв'язавши р1вняння (3) вЦносно cot1 , знайдемо кут закриття ем!терного переходу (р1 = cot,. Косинусохдальна складова в р1внянш (2) описуе струм заряду дифузшно!' емност1 ем1терного переходу. Час в1дкриття ем1терного переход та кут в1дкриття ч/2 = cot, знаходяться за умови piBHOCTi нулю сумарного заряду, що протшае через барерну емшсть в npoijeci перезарядки:

1г

J (h - Im sina)t)dt = 0 _

'i

Як наслщок, вхщний струм транзистора в режим! великого сигналу значно в1др1зняеться вщ малосигнального режиму, та мае вигляд короткого !мпульсу (Рис.1). Напруга на eMiTepi може бути описана системою р1внянь:

Ue= Е' - .„/L 2 (I0°)t + Jm C0S - 7m )• при cot, < COt < COt2 , Le00)

Ue=£' - при оЛг < cot < 2л +atr

Повний екв1валентний onip емггерного переходу на частот! першо! гармошки обчислюеться як в!дношення комплексно! ампл!туди напруги на ем!терному переход! до комплексно! ампл!туди ем1терного струму:

Z e=re+jXe ,

де re = 4^¥Fl,Xe^4^¥Fz'

Fi,F2 - допом1жш коеф1щснти, як! знаходяться з р1внянь для t/2i, U22, е функщею Y.

3 урахуванням введених уточнень розв'язуеться зарядне р!вняння. Р!шення шукаемо у вигляд! пераодично! функц!!. При цьому складов! р1вняння, як1 е функщею часу, можна описати рядом Фур'е з обмеженою шльшстю члешв. П!сля шдстановки ix в зарядове р!вняння воно розпадаеться на систему алгебра1чних р!внянь, яка вир!шуеться методом iTepanii.

Описана теоретична модель в!др!зняеться в!д в!домих тим, що описуе динам!чш диференщальш параметри ем!терного перехода транзистора, Однак, для повного опису роботи транзистора необхадно

моделювати також процеси, що вздбуваються в област1 бази. В1дом1 модел1 враховують час переносу hocííb струму в 6a3i, але вони не враховують фазовий зсув, що виникае м1ж струмом i напругою в баз1 та його залежшсть в1д амплитуди сигналу. Запропонована модель, що враховуе залежшсть екв1валентного опору бази в1д величиии об'емного заряду, що пов'язаний з амшптудою сигналу.

Рис.1. Форма 1мпульсу входного струму ем1тера.

Комплексний ошр бази з урахуванням модуляци пров1дност1

дор1внюе :

г, = ——— [1 + ^---] =

д1Е Ь + 1 1

1 + - к'У/2 2

[(1 + }ютл)\Гг / фагд)](1оЕ Я - 1)

1 +

1 +

2(1 + ]сотн)\У2 / (А,г„)

де г,, - час життя неосновних носив при високому р1вш шжекци;

Ва - амбшолярний коеф1щент дифузи;

М,<М/ -рухом1сть електротв 1 д1рок ввдповвдно; (? - заряд неосновних носив, що накопичуються в баз1 транзистора. Нехтуючи величиною ¿сот,,, так як ¡, «',

отримаемо :

1 +

де

4 = 2Д)(1ое<2-1),

Ь IV2

Ъ = нб-г6 = гб{ .

Таким чином, повний оп1р бази транзистора з урахуванням модуляци провщноста можна представити у вигляд1 кола яке складаеться з резистора В1 1 шдуктивност1 Ьу, величина яких залежить вщ струму, що протшае кр1зь них. Отримаш р1вняння мають ф1зичну штерпретацпо. В р!внянш (4) пропорцшний

поздовжв!й послздовнш напруз1 в активнш областх бази, яка визначена р1внянням

I л ^

1<>ё()=— (5)

Тод! р1вняння (4) з урахуванням (5) можна представити у вигляд1

КТ 2 Л(диЛ( 1Г-) И^ и

ч1Еь+\А ктАкт) 2Пр /, '

або за допомогою безрозм1рного коефщ1енту

II, де I).- коеф1щент дифузп д1рок в баз1 . С/ \ у;

Повна екв^валентна схема транзисторного негатрона, призначена для оиису нслшхйяого режиму, наведена на рис.2. Елементи схеми, позначеш як нелшшш, в1дображають залежтсть 1х иараметр1в вщ напруг, що прикладеш, та в1д струм1в, яш протшають в транзистор!. Екв1валентна схема також враховуе вщом1 ироцеси, що виникають при великих р1внях шжекци: ефекти Вебстера, К1рка, Ерл1 та модуляци пров!дност1 бази.

а(о))у(С1)) 11

1ндуктивн!сть бази на схем! враховуе також зовшшню шдуктившсть кола зворотного зв'язку.

За допомогою отриманог екв1валентно1 схеми за наданими значениями струм1в та напруг, можуть бути розраховаш коефвдентй матриц! передач! [А] , розшяння [в] , провщност! [2].

Заиропонована модель дозволила отримати нов! науков! результати. Вперше ортимаш залежност! ативно! й реактивной складових опору негатрона ввд ампл!туди вхвдного сигналу, величин струм1в 1 напруг на переходах транзисторно!' структури. Отримает залежност! були покладет в основу створення нових пристро!в керування, та полшшення !х техшчних та експлуатацшних характеристик.

В третьему роздкп розроблеш теоретичш основи моделювання негатрона на основ! польового транзистора. Як показано в другому роздШ, основш нелшшш явища, яш мають найбшыпий вплив на реактивный ошр транзистора, - режим вадачки та формування 1мпульс1в струму, вщбуваються в еммерному переход!. Вщсутшсть цього р-п переходу в польових транзисторах потребуе розглядання нелшшних процес1в в польових транзисторах окремо.

Розглянуто основш ф1зичш процеси, яш найбшып впливають на реактивний ошр транзистора та фазовий зсув м1ж струмами та напругами. Для цього розроблено модель динамичных процес1в, що виникають в прольотному простор! польового транзистора, та динам1чного негатрона на польовому транзистор!.

При розробщ ф!зик0-т0П0Л0г!чн01 модел! негатрону на польовому транзистор! найбьлып важливим процесом, який визначае !мпеданс негатрону (як 1 для бшолярних транзистор1в), е утворення та перенос об'емного заряду носив струму в прольотному простор! транзистора. Щоб оцшити вплив об'емного заряду на !мпеданс прольотного простору, було розраховано диференщальш емноста, утвореш об'емним зарядом в прольотному простор! польового транзистора. Розрахунок виконано для МДН транзистора, а потам застосовано зацропоновану методику для шших тишв польових транзистор!в.

Повний комплексний ошр, який створюеться об'емним зарядом в об'ем! нашвпровадника при X <1:

де

Z = Z, + Zb=Rb+-i-+ К"(К-Т)

s m(Csc+C,) у,

ч Jo 'qj0

(6)

i i x2sh(—) + ch{~) jj Li

ввдносно мала величина, T«1 тому нею можна знехтувати,

/ - межа об'емного заряду.

Тодх р!вняння (6) запишеться в вигляд!

ry г, 1 К~

Z=Rhn+--ь--(7)

' 40 m(Cit+C,) у,' (7)

За допомогою отримано! модел! були розраховаи! залежноста безрозм!рних величин емшсно! Хс та активно! Rc складових опору диференцшно!' емност! в!д величини амшптуди сигналу збудження у:

с

*с =тгЛ = для )1=,,10.

Розрахунок був проведений для риших тишв транзистор!в, резульгати наведет в таблищ 1.

______Таблидя 1_

Тип транзистору Частота Гц кр, Дб Дб Ко хс

ЗП321А 8 3,5 3,5 2,4 1,8

ЗП324А 12 5 3,5 1,8 1,4

ЗП325А 8 5 2 2,6 1,85

ЗП326А 17,4 3 4,5 1,2 0,8

ЗПбОЗ 12 3 4 2,0 1,6

Для перев1рки адекватност1 запропонованих моделей необхвдно отримаш теоретичш характеристики шдтвердити экспериментально. Але при досладженш. характеристик негатрошв в режим1 великого сигналу зростають в1дбитки в вим1рювально1' лши передавання, що призводить до значних похибок.

В четвертому роздШ проведено розробку метод1в експериментального досл1дження нел1шйних ефектав в транзисторних негатронах. Розроблеш методи вим1рювання параметров транзисторних негатрошв в режима великого сигналу. Додаткове розсповання в лши передавання враховуеться за допомогою П-фыьтрхв низких частот. Результати експериментальних досладжень повшстю подтвердили адекватшсть запропонованих моделей. Похибка вим1рювання параметр1в негатрошв не перевищувала 10-15% в залежносп вгд д1апазону вим1рювання, а похибка моделювання не перевищувала 15-25%. Була розв'язана задача визначення параметр1в кола зовшшнього зворотного зв'язку при заданпх екв!валентно1 шдуктивност! та опору.

При сершшому виготовленш керуючих пристрохв на основ1 транзисторних негатрошв виникае проблема розкиду параметр!в негатрона та його вплив на стшюсть пристро!в. Визначено чутлив1сть параметр!!! негатрона до розкиду параметр1в екв1валентно! схеми. Проведену оценку впливу розкиду внутр1шшх параметр1в транзистора на коеф1щенти матрищ його комплексного опору. Визначено, що при розкид! параметр1в транзистора, що вЦповвдае

галузевим стандартам, параметри негатрона змкиоються в межах 5%, що в1дпов!дае вимогам до бортово! апаратури. За дономогою швар1антного коефщ1ента досладжено стшгасть схем на основ! транзисторних негатрошв. В основу дослщження покладено використання параметр!в розс1яння транзистор!в.

В п'ятому розды! наведет методичш основи розрахунку пристроив систем керування на основ! транзисторних негатрошв.

Робота негатрона у режим! неретворення частоти мае ввдмшност! вщ звичайного режиму шдсилення. В режим! иеретворювання, тобто за великого першдичного сигналу, ввдбуваеться перходичне перетворення диференцшних ххараметр1в транзистора. Якщо стащонарний режим звичайно! транзисторно"! структурн визначаеться тальки иост!йними складовими струшв 1 напрут, то стащонарний режим негатрона визначаеться також його динамхчними параметрами. Наведена нелшшна модель дозволяв повшстю описати стащонарний режим негатрона. При в!домих напругах, струмах I сигналах стацшнарний режим негатрона повшстю визначево, тому нелшшш залежност1 струм1в транзистора в1д напруг можуть бути описаш кратним степеневим рядом Тейлора 1 вщцлеш члени ряду першого порядку малоси, що м1стять вадгук на невеликий вплив.

Таким чином, структурна схема негатрона складаеться з лшшних I нелшшних шл (Рис. 3), де комплексш опори перераховащ в елементи матрищ провздность Р1вняння для струм1в 1,Л2, ям описують лшшну частину шл через згортки 1мпульсно-пер1одичних функц!й, за припущенням, що стащонарний режим е перюдичним, мають вигляд:

г т'

11 = I а,1(г)-и1(^-т)аг + 1 ап(т) ■ и2(г - т)йт + +

о о

(8)

Г Г

Ч = I • "х(* - г)йх + / °«(0 • - г)<*г + +

о о

де

«н(0 - + Е №0*""". ««(О = "„(О = ^ I у/Л^К".

1 ь 2л

««(О = ^ 2 *£(/«")«"'". »* = а„(иг.и.).Т= — .

1 ы-ь 1и

1

'21

IV

У -провщтсть лшшного кола, Г-першд коливань в систем!,

¡'С(, г(; - струми ем!терного ! колекторного переход!в,

qt.q -заряди бар'ерних емностей переход1в,

и,,иг миттеве значения надруг, р - оператор Лапласа,

гм -постшт часу модел! Гамильтона,

аы,а, прямий ! шверсний коефоденти передач! струму.

Рис.5.1 Зображення транзисторного негатрона у вигляд! нелшшно! системи, яка складаеться з лшшних та нелшшних

кш.

Розклавши (8) в кратний ряд Тейлора в облает! стащонарного режиму, обмежимось л1н!йним членом 1 вид!лимо прирощення струм1в. В загальному вигляд! р!вняння записуються через згортку в спектральшй облает!

и.

Нелйийна частина

= У^и, + У^2аи2 + аейи, + ¡и\(Се + тпОг)йи,] --а,<?„ / (7 +/шг,2)с({72,

с11.2 = Г.Ыи, + У/,<ЛУ, + Скаи., + ¡и[(Ск + г,,С„)й£/,] --О,,« / (I + }и>гз,- Ок е/{1 +¡и>т,,)<Ш,.

Зв'язок мЪк д1ею 1 ввдгуком в матричному вид! записуеться

в форм1 :

= (9)

де

У У

1II1J

И = уу" ■ [Уи} = [г^]чН[С^ги[Ое]),

21 1 22 J

[у«] = М - Ы = И] -

[у»] = [*£] + [<?,] + /ИИ + ти[ок] - ][<?„„]),

-кл1тков1 матрищ, як1 ввдиовщають систем! У параметр1в параметричного чотирьохполюсника,

[/„] = [сг/г,-й/а]г = , • • •, ¿ох. • • •. К,' . • • •. г02. • • •. к2 ]т

-вектор да, який складае джерела струму на комбшацшних частотах для ем1терних 1 колекторних к1л,

[и,] = [аи^аи,]7 =[аие,аик] = [и.,,,...,^,^,...,^]'

-вектор ввдгуку, який в1дпов1дае напруз! на комбшацшних частотах в елптерних 1 колекторних колах,

-д1агональш матриц!, що складають на головшй д1агонал1 вздиовщш пров!дност1 лшшно! частини кола на

комбшацшних частотах,

[С^ ], к ] . матриц! диференщальних активних провщностей вольтамперних характеристик переход!в в форм! згортки,

[Се ], [Ск ] . матрищ диференщальних емностей переход!в в форм! згортки;

\о\ = сИаи{-Ьи) + .....О,..., Ьи> + О)

-д1агональна матриця комбшацшних частот малого сигналу;

] = Лш^{1 + }{_Ь1и + П)Тр1.....777^;.....1 + {Ью + а)тр11/

-д1агональш матриц! зашзнення; Р. <? = 1,2; р + q = 3, [^«с -матриц! провздностей, побудоваш з коефицентав

ряду Фур'е добутку дзох функцш, розрахованих для часово! обласп.

Шсля розрахунку ввдгуку вздносно нелшшного елемента визначаеться напруга мхж будь-якою парою вузл!в лшишог частини кола на задашй комбшащйнш частот!.

Присутшсть суттево нелшшних процес1в у транзисторному негатрон!' надае можлив1сть ефективного перетворення частоти. Однак в параметричшй систем! поряд з корисним ефектом перетворення частоти ввдбуваеться спотворення самих сигнал!в.

За допомогою коеф1ц1ента штермодуляцшних спотворень зроблено оцшку нелшшних спотворень перетворювача частоти. Розглянуто обмеження, яга накладаються на застосування функцюнального ряду для анализу нелшшних пристрогв.

Шсля розрахунку вщгуку вадносно нелшшного елемента визначаеться напруга м1ж будь-якою парою вузл1в л1шйно1 частини кола на задашй комбшацшнш частой.

Присутшсть суттево нелшшних процеав у транзисторному негатрон! надае можливхсть ефективного перетворення частоти. Однак в параметричшй систем! поряд з корисним ефектом перетворення частоти вщбуваеться спотворення самих сигналгв.

За допомогою коеф!щента штермодуляцшних спотворень зроблено оцшку нелшшних спотворень перетворювача частоти. Розглянуто обмеження, як! накладаються на застосування функщонального ряду для анал!зу нелшшних пристро!в.

При розрахунках транзисторного негатрона у режим! перетворення часготи була проведена оцшка його шумових характеристик. По-перше, шум негатрона накладае обмеження на м1тмальну величину вхадного сигналу, по-друге, транзисторш негатрони працюють на частотах близьких до граничних, де коефвдент шуму тдвищено, а правильний виб!р режиму негатрона дозволяв його зменшити.

Для пор!вняння результат!в розрахунку з експериментом визначався коефш!ент шуму перетворювача. Так як вим!рювання амшптуд струм1в ! напруг в д!апазош СВЧ дае значш похибки, то вшсонувались вим!рювання параметр!в матриц! розияння [Э] 1

матрищ розсияння шумових параметр1в [г], а теля цього розраховувався коефкцент шуму по формул! :

■ г„[гг12 г;2[1-Гг^„[2 2 Ке[г,3ГгЯ,,(1 - ГгЗ;,)]*

+ |-|ГГ|:+|52||2(1-|ГГ|:)+ К,Г(1-|ГГГ)

де Г - коефщ!ент вздбивання з боку гетеродину. Розрахунок був проведений для ряду транзистор1в. Результати зведеш в таблицю 2.

Таблиця 2

Результати розрахунку коеф^щента шуму негатрошв на основ! НВЧ транзистор1в.

Транзистор 1пч, Е

ГГц МГц Дб

2Т391А

3,6 180 4,7

2Т3114А

4 180 1,8

2Т3115А

5 200 5,2

2Т3124А

6 200 5,2

В шостому роздал розглянуто теоретичш основи розрахунку параметричних пристро!в на основ1 транзисторних негатрошв. Застосування функщональних ряд!в Вольтерра мае обмеження. Вони придатш Т1льки для моделювання хал з слабкою нелшшшстю. Гснують два основних обмеження 1х застосування : - обмежешсть амшитуди зовшшнього впливу; при в1дсутност1 зовшшнього впливу x(t)=0 в1дгук дор1внюе нулю у(1)=0, тобто ряди Вольтерра можуть бути застосоваш тшьки для кш без збудження.

Запропоновано метод моделювання транзисторних негатрошв в параметричному режиму який грунтуеться на сеперпозщи складових, отриманих внаслвдок дп великого вхщного сигналу. Розроблено модель негатрона в параметричному режимь Проведено аналАз параметрично! системи на основ1 транзисторного негатрона, дослщжено основш характеристики.

Для аяал1зу параметричного режиму було застосовано принцип суперпозицН. Згвдно цього принципу визначаеться реакщя вад одного сигналу (сигналу накачки Vц), шсля чого на нову систему впливаемо

другим сигналом ис. На рис.4 наведена залежшсть коеф!щента шдсилення В1д часготи сигналу при р1зних частотах накачки.

К,д6

Рис.4 Залежшсть коефщгенту шдсилення параметричного тдсилювача вщ частоти вхадного сигналу при р1зних частотах сигналу накачки.

В еьомому роздт наведено приклади проектування нелшшних пристрогв на основ1 транзисторних негатрошв.

Розробка теоретичних основ розрахунку нелшшних пристрогв на основ1 транзисторних негатрошв та дослвдження характеристик негатрошв в нелшшному режим1 дозволило, по-перше, за допомогою розробленог нелгншног модел1 розраховувати характеристики вадомих пристрогв для нелшшного режиму.

По-друге, досл1дження нелшшного режиму транзисторних негатрошв дозволило отримати нов1 науков1 результати. Дослщжеш нов1 властивосп характеристик транзисторних негатрошв використовуються для полшшення характеристик ввдомих пристрогв, а також для розробки нових пристрогв.

Так досладження залежноста складових входного опору транзисторного негатрона в1д струму ем1терного переходу, та його динам1чних характеристик дозволило створити нов1 схемп дпнам1чно1 стабипзацП параметр1в автогенератор1в, активних

фд.льтр1в на осыов1 транзисторних негатрошв, активних вим1рювалышх перетворювач1в.

Досладження вихвдних характеристик транзисторного негатрона та спектрального складу вихадного сигналу при дп великого вхщного сигналу дозволило розробити нов! схеми неретворювач1в частоти та покранцти 1х параметри.

Дослщження залежноста параметр1в негатрона ввд опору в кол1 зворотного зв'язку дозволило розробити новий тип активних вим1рювальних перетворювач1в з регульованими параметрами.

В таблиц! 3 наведена класифшащя вид!в пристро1в, як! були дослщжеш за допомогою розроблено!' нелшшно! модел1 та методик розрахунку в залежноси в1д режиму роботи.

Таблиця 3.

Класифжащя вид!в пристро!в, досл!джених за допомогою нелшшно! модел! .

Нел!шйна модель негатрона

Розрахунок пристро1в в режим! великого сигналу Розрахунок генераторних та перетворюючих пристрохв в стащонарному режим! Розрахунок нелшшних пристро1в в параметричному режим!

Активна ф!льтри. Автогенератори Параметричш перетворювач! частоти

Широкополосна шдсшповач!. Генератори з зовшшшм збуджуванням Множувач! частоти

Присгро! зсуву фази Перетворювач! частоти Лопчш елементи

Резонанст шдсшповач!. Вим!рювальш перетворювач! Б1стаб1льш керуюч1 елементи

г Розрахунок ! експериментальне вим1рювання входного опору досл1джених схем негатрон!в показали, що при визначеному

стввцношенш навантаження в колГзворотного зв'язку та струм1в 1 напруг живлення, активна складова вхщного опору негатрона може приймати ввдемне значения та перевищувати оп1р втрат. В цьому випадку негатрон буде робити як автогенератор синусо!дальних коливань. Розроблеш модел! на вщмшу гид в1домих дозволяють проводити розрахунок пapaмeтpiв автогенератор1в на основ1 динам1чних транзисторних негатрошв. Це дозволило розробити нов1 схеми автогенераторних пристрогв га покращити характеристики в1домих схем.

Параметри розроблених та дослЦжених автогенератор1в наведеш. в таблищ 4.

Таблиця 4

Пор1вняльна таблиця параметр!в дослвджених та вадомих ________ автогенератор1в.___

Тип транзист opa Д1апазон частот ГГц Ширина диапазону 3míhh частоти МГц/% Вихщна потужтсть мВт ТКЧ %/°С ККД %

Автогене ратор на КТ911Б 0,8+1,6 800МГц або 67% 200 0,0007 6,7

ГТ313Б 0,3-f0,8 500МГц або 98% 20 0,0006 5

КТ913А 0,6+1,4 800МГц або 67% 280 0,0006 7

Аналог (США) 0,8 240МГц або 0,5% 250 0,0007 5

Аналог (Япошя) 0,98+1,1 120МГц або 11,5% 250 0,0005 2,5

Анал1з роботи транзисторних негатротв показав, що вже при ввдносно невеликих значениях амгоитуди входного сигналу негатрон е суттево нелшшним пристроем 1 може бути застосованим в якоста нелшшного елементу перетворювача частоти.

Використання негатрона для перетворення частоти мае дв1 основних переваги. По-перше, наявшсть вад'емного опору дозволяе

тдвигцити коефщ1ент передавання схеми. По-друте, використання транзисторних схем, у вщмшносп в1д застосування двополюсншив, розширюе можливосп розв'язування шл перетворюваного сигналу, гетеродина 1 сигналу пром1жно1 частоти. Нов1 науков1 результати, отримаш в робота, дозволили розробити ряд оригшальних пристроив, вщнесених до нового типу - активних вим1рювальних перетворювач1в (АВП). В активному перетворювач1 активний елемент виконуе:

уз'годження по розм1ру параметра вхщного сигналу та функцюнальне перетворення;

змшу ф1зичного роду сигналу;

узгодження вихадного 1мпедансу джерела сигналу 1 вхздного 1мпедансу засобу вим1рювання для мипмального спотворення ф1зичного продесу;

узгодження по частотному продесу; узгодження вих1дного продесу по часу.

Активний вим1рювальний перетворювач це пристрш, якш об'еднуе в соб1 чутливий елемент (давач) та активш елементи шдсилення, перетворення 1 генерацн сигналав. Об'еднання дих функцш в АВП не реал1зуеться звичайним посл1довним з'еднанням давача, узгоджуючого та шдсилюючого елементав, а забезпечуеться електрично единим функщоналышм пристроим.

АВП- штегральний пристрш, та под1лення його на активну та пасивну частини неможливо. Чутливий елемент (давач) може бути з'еднаний з активним елементом, або активний елемент може бути одночасно чутливим та перетворюючим елементом. 1нтегращя давача, узгоджуючого елемента 1 пасивних елеменпв дозволяв: шдвищити точшсть вим1рювань;

-зменышти розм1ри вим1рювального перетворювача;

- поширити д1апазон вимарюваних величин;

поширити частотний д1апазон вим1рювалышх перетворювач1в;

- полшшити узгодження вим1рювального перетворювача.

Рис.5 Класифшац1я активних вим1рювальних перетворювач1в за принципом функщювання.

В бшьшоеп випадгав АВП дозволяв реал!зувати одночасно декшька з вказаних переваг. Переваги АВП найлшшим чином виявляються в надвисокочастотному д1апазош, де функцп узгодження та пщсилення практично важко подглити.

В залежносп взд режиму роботи активного елемента АВП можна подшити на генераторш, шдсилююч!, га детекторш. На Рис.5 наведена, класифпсащя АВП за принципом функцповання.

Класифпсащя АВП та основт види таких пристро1'в наведет в таблищ 5.

Таблиця 5

Клашфшащя активних вим1рювальних перетворювач1в по призначеншо

Активш втапрювальш перетворювач1

Для вим1рювання 1ндуктивнот1 емност1 Для вим1рювання д1електричних збитшв

Для вим1рювання магттно! провадност1 Для вим1рювання електропров!дност1

Для температурних вим1рювань Для оптичних вим1рювань

Для тензометричних вим1рювань Для ф1зичних вим1рювань (в!дстань, товщина, довжина)

При проектуванш активних НВЧ ф1льтр1в одним 1з ускладнень е IX динам1чна та температурна нестабшьтсть. Розроблена нелшшна модель транзисторного негатрона дозволила провести теоретичне досл!дження характеристик негатрона при зростант потужноси вх1дного сигналу. Отримат нов1 науков1 результати дозволили спроектувати схеми динам1чно! та температурно! стабШзацп характеристик активних НВЧ фшьтргв. Теоретичт результати тдтверджеш експериментом, а схеми захищет 14 авторськими свщоцтвами та 4 патентами на винахщ. Результати апробоваш на 40 м1жнародних конференщях та симпоз1умах.

Бисновки

Сукупшсть наведених в робот! характеристик нелшшних транзисторних негатрошв (Роздши 2.3, 3.2, 4.1-4.4, 5,6) складають емшричну основу, сукупшсть введених анал1тичних сшвввдношень, що описують ф1зичш явища в динаьичних транзисторних негатронах в нешншному режим1 (Роздши 2,4,6) складають теоретичну основу, а сукупшсть розроблених в робота метод1в дослщжень та розрахуншв (Розд1ли 4,5,6) складають методолопчну основу теори нел1шйних транзисторних негатрошв. Критер1ем 1стинност1 викладено! теори та основою и розвитку е отримаш в робот результати проектування та дослздження пристроГв систем керування на основ1 нел1шйних транзисторних негатрошв (Роздш 7), тобто практика.

Викладена в дисертацп теор1я нелшшних транзисторних негатрошв дозволила отримати наступш результати:

1.Проведений анал1з 1 розроблеш нел1шйш модел1 динам1чних транзисторних негатрошв, яш на вщмшу в ад вщомих враховують вплив великого сигналу , струм1в I напрут живлення на динам1чш диференщалъш параметри негатрошв.

2.3а допомогою розроблених моделей було отримано анал1тичш стввадношення, за допомогою яких було дослщжено динам1чш диференщалъш параметри транзисторних негатрошв в нелшшному режиму що дало змогу отримати нов1 науков1 результати -динам1чш , струмов1 та навантажувальш характеристики негатрошв, яш було використано для покращення техшчних та експлуатацшних характеристик, а також побудови нових пристрой систем керування.

3.Створеш методи теоретичного та експериментального досладження нелшшних транзисторних .негатрошв та пристро!в на 1х основ]., яш на в1дмшу в1д вщомих дозволяють проводити досладження динам1чних диференщальних параметр!в негатрошв в нелшшному режим1, що дало змогу перев1рити адекватшсть запропонованих моделей та анал1тичних сшввщношенъ.

4.На основ1 запропонованих моделей розроблеш методики розрахунку параметр1в пристроив систем керування на основ1 нелшшних транзисторних негатрошв - автогенератор1в, перетворювач!в частоти, та параметричних пристроив, яш стали основою для IX проектування.

5.Отримаш в процес1 роботи нов1 ыауков1 результати дозволили полшшити характеристики ¡.снуючих пристро!в, а також розробити нов1 типи пристро1в - автогенераторш, перетворювач1, параметричш, фшьтрукт, комутуюч! пристро!" та активш вим1рювальш перетворювачь

6.Використання нелшппгих моделей транзисторних негатрошв дозволило бшыд повно використовувати залежном! диференцшних параметр!!! транзисторних структур вщ струшв та напрут , в наслвдок чого отримаш автогенеруюч1 пристро!', коефпцент корисно! да яких та д1апазон иерестроювання перевищуе вщом! св1тов1 модель Блок формування сигналу впроваджений на шдприемств1 п/с а-3650.

7.Дослзджена змша диференщальних параметр1в негатрошв у динам1чному д1апазош використана для шдвищення коефгщента перетворення перетворювач!в частоти 1 спрощення схеми функцюнальних блошв пристро1в пром1жно1 частоти. В результат! зменшет !х розм1ри в 5-10 раз1в та зиачно зменшена !х соб1варт1сть. Пристро! пром1жно1 частоти впроваджеш на шдприемств1 п/с А-1586.

в.Використання нелшшн01 модел1 для розрахунку частотних характеристик негатрошв дозволило не використовувати окрем1 узгоджуюч1 схеми, та, як насл1 док, в 5-10 раз1в зменшити масу та габарити активних фЬтьтруючих к ¡.л, значно шдвшцити 1х експлуатацшш параметри. Пристрог впроваджеш на шдприемствах п/с М5744, А-1586.

9.Досл1джена динам1чна змша диференцшних параметр1в негатрошв дозволила розробити методи динам1чно1 та температурног стабШзацп активних фшьтр1в. Багатоканальний блок селекци впроваджений на шдприемств1 р/с Р-6045. Розроблено методи динамично! та температурног стабипзацп ряду шншх пристрохв на основ! транзисторних негатрошв.

Ю.Запропоноваш нелшшш модел1, методи досл1джень та розрахушив нелшиших транзисторних негатрошв, стали основою для проектування перетворюючих пристроив на Гх основу що дозволило зменшити 1х габарити 1 масу в 5-10 раз!в та витрати на 1х проектування. Пристро! впроваджеш в НД1 "ИБРИС+" та в ЦКБА.

И.Теоретичш модел1 та розробки використовуються в учбовому процес!, а саме, в методичних розробках в курсах "Перифершщ засоби обчислювально! техшки" та "Чисельш методи в шженершй д!ялышстГ\ в випускних роботах маг1стр1в та дослщженнях астрантав.

12. Основш положения дисертацп опублшоваш у монографп, 7 одноособових та 8 сумкних статтях в наукових зб1рках та журналах, 26 шших публшащях, 40 виступах на м1жнародних та республшанських конференщях, симпоз1умах та семшарах, 14 авторських свздоцтвах на винахвд та 3 патентах Украши на винахщ.

Список опублйсованих праць за темою дисертацй":

1. Молчанов П А Основи нелшшно! теорй транзисторних негатрошв. Монограф1я. - Вшниця: "Ушверсум-Вшниця", 1998. -207 с.

2. Молчанов П.А. Моделювання активних вим1рювальних перетворювач!в/ Контроль i управлшня в техшчних системах. (КУТС'97). Книга за матер1алами четверто! м1жнародно1 науково-техшчяо! конференцй. том.2. Вшниця: "Ушверсум-Вшниця", - 1997. - С.23-28.

3. Полупроводниковые аналоги индуктивностей/ Осадчук B.C., Филинюк H.A., Молчанов П.А. Активные СВЧ фильтры/ Под редакцией д-т.н., профессора М.М. Некрасова. - Киев.: "ЗНАНИЕ", 1974.-С.11-17.

4. Филинюк H.A., Молчанов П.А. Исследование зависимости входного сопротивления индуктивного СВЧ-транзистора от уровня сигнала: Сб. научн. тр. НИИЭТА, Радиоизмерения, том 1. Конструирование, технология производства и надежность радиоизмерительной аппаратуры. под общей редакцией д.т.н.,профессора Д. Эйдукаса.- Каунас-Вильнюс.: 1981.- С.71-77.

5. Данич Ю.С., Молчанов П.А. Проектирование СВЧ устройств. Учебное пособие. - М.:изд-во МАИ, 1979 г. - 52 с.

6.Молчанов П.А. Основи нелшшно! Teopil транзисторних негатрошв// В1сник Вшшщького пол1техшчного шституту. - 1997.-№ 3(16), - С.80-88.

7. Осадчук B.C., Молчанов П.А. Исследование транзисторного автогенератора СВЧ диапазона// Радиотехника и электроника. -1977. - том XXII, вып.5. - С. 1081-1084.

8. Молчанов П.А. Анализ работы транзисторного негатрона в режиме преобразования частоты // Изв. ВУЗов, Радиоэлектроника. -1998.- №5.- С.64-68.

9. Молчанов П.А. Моделирование параметрического режима транзисторного негатрона // Электронное моделирование. - 1998. -Т.20. N3. - С.75-83.

10. Молчанов П.А. Нелинейная модель транзисторного негатрона// Электронное моделирование. - 1998.-Т.21.N4. - С.21-25.

11. Молчанов П.А. Ощнка вшшву об' емного заряду на 1мпеданс негатрона на польовому транзистор! // Вим1ршвальна та обчислювальна техшка в технолопчних процесах. м. Хмелышцький.: -1998.- N1.- С.89-93.

12. Фшнюк М.А., Молчанов П.А., Войцеховська О.В. Моделговання транзисторного негатрона на польовому транзистор! з бар'ером IIIoTTKi// Впм^рювальна та обчислювальна технша в технолог1чних процесах. м. Хмелышцький.: -1998,- N1.- С.86-89

13. Молчанов П. А. Анализ шумових характеристик транзисторного негатрона в режнм1 перетворення частоти// В1сник Вшшщького полхтехтчного институту. - 1997.-N 4(17). - С.79-82.

14.- Молчанов П.А., Войцеховська О.В. Моделювання нелшшного режиму негатрона на польовому транзистор!// BicmiK Вшницького полггехтичного шституту 1998.-N 2(21). - С.75-78.

15. Осадчук B.C., Молчанов П.А., Филияюк Н.А. Нелинейный режим работы индуктивного СВЧ транзистора // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. - 1977. -Вып. 1(111).-С. 64-72.

16. Фшшнюк Н.А., Молчанов П.А., Павлов С.Н. Температурная стабилизация активного СВЧ фильтра. // Радиотехника. -1980. -т.35. N12.- С.47-50.

17. Molchanov Р.А. Analisys and design of active transducers: Сборник статей международного симпозиума "Наука и предпринимательство", Приложение к Всеукраинскому научно-техническому журналу "Вибрации в технике и технологии" -Вшниця-Лыив.: - 1998. - С.280-284.

18. Молчанов П.А. Войцеховська О.В., BypexiH А.В. Перспективи використання транзисторних негатрошв: Сборник статей международного симпозиума "Наука и предпринимательство", Приложение к Всеукраинскому научно-техническому журналу "Вибрации в технике и технологии" - BiHmnjH^bBiB.: - 1998. - с.276-280.

19. А.С. 685113 СССР, МКИ Н 03 Н 3/18 Сверхвысокочастотный фильтр. - /Н.А. Филинюк, П.А. Молчанов. Заявл.16.11.77, Опубл. ,Бюл.№ -.- 6 с.

20. А.С. 647851 СССР, МКИ Н 03 Н 7/08 Полосовой активный фильтр /П.А. Молчанов, Н.А. Филинюк. Заявл.01.07.76, Опубл. 15.02.79, Бюл.№6 . - 5 с.

21. А.С. 625274 СССР, МКИ Н 01 Р 1/20 Сверхвысокочастотный перестраиваемый фильтр /П.А. Молчанов, и др. Заявл. 22.03.76; Опубл. 25.09.78; Бюл. № 35.- 6 с.

22. А.С. 1028213 СССР, Фильтр /В.Т. Маликов, П.А. Молчанов. Е.В. Дубов . МКИ -, Опубл.05.04.83; Бюл. № -.-Юс.

23. A.C. 1215560 СССР, МКИ Перестраиваемый диэлектрический фильтр /С.Н. Кущ, П.А. Молчанов, Е.В. Дубов, В.Г. Лопато. Заявл. 16.04.84; Опубл. 1.11.1985; Бюл. - , -12 с.

24. A.C. 1259909 СССР, МКИ -,СВЧ фильтр /В.Т. Маликов, П.А. Молчанов, С.Н. Кущ, Е.В. Дубов. Заявл.16.04.84; Опубл. 22.05.86, Бюл. № - .- 14 с.

25. A.C. 1286035 СССР, МКИ -, Перестраиваемый диэлектрический резонатор /С.Н. Кущ, П.А. Молчанов, Е.В. Дубов, В.Г. Лопато. Заявл. 8.04.85; Опубл. 22.09.86, Бюл. -.-11с.

26. A.C. 1285557 СССР, МКИ Н 03 Д 1/26. Преобразователь частоты /О.С. Агафонов, П.А. Молчанов, В.В. Юрцев, Е.В. Дубов Заявл. 8.04.85; Опубл. 22.09.86, Бюл. №3. - 5 с.

27. A.C. 1113873 СССР, МКИ Н 03 С 7/02. СВЧ модулятор/ В.Т. Маликов, П.А. Молчанов. Заявл. 22.08.83; Опубл. 15.05.84, Бюл. № 34. - 5 с.

28. Патент Украши на винахзд 20719 А ,G 01 R 27/26 Активний телеметричний перетворювач /П.А. Молчанов, О.В. Войцеховська, O.A. Зима. Заявл. 18.02.97; Опубл. 07.10.97, - 3 с.

29. A.C. 808982 СССР, МКИ G Ol R 27/26 Активный измерительный преобразователь /В.Т. Маликов, П.А. Молчанов, Е.В. Дубов. Заявл.19.04.79; Опубл. 3.11.80, Бюл.№8 .-6с.

30. A.C. 1107267 СССР , МКИ Н 03 Р 3/00 Балансный фазовый детектор с квадратурным выходом /В.Т. Маликов, П.А. Молчанов, Е.В. Дубов. Заявл.1.12.82; Опубл. 8.04.84, Бюл. № 29. - 5 с.

31. A.C. 1262605 СССР МКИ Н 01 Р 1/22 Аттенюатор СВЧ/С.Н. Кущ, П.А. Молчанов, Е.В. Дубов. Заявл.19.11.84; Опубл. 8 06.86, Бюл. №37. - 5 с.

32. A.C. 766527 СССР, МКИ Н 03 Н 7/06 Резонатор с компенсацией потерь /В.Т. Маликов, П.А. Молчанов, Е.В. Дубов. 3аявл.26.03.79; Опубл. 28.05.80, Б.И. № - . - 5 с.

33. A.C. 559310 СССР, МКИ Н 01 Р 1/10 Коаксиальный выключатель /B.C. Осадчук, H.A. Филинюк, П.А. Молчанов. Заявл.3.10.75; Опубл. 25.05.77, Бюл. №19 .-6с.

, 34. Патент Украши на винахад 97020632, 6 НОЗ В 7/06, Автогенератор з температурною стабШзащею частоти /П.А.

Молчанов, O.B. Войцеховська, O.A. Зима. Заявл. 13.02.97; Рппення в1д 09.01.98.

35. Патент Украши на винахзд 97020633, 6 G01 R 27/26, Автогенераторний перетворювач./П.А. Молчанов, О.В. Войцеховська, O.A. Зима. Заявл. 13.02.97; Ркпення вад 09.01.98.

36. Патент Украши на винахад 97094721, 6 Н03 D 7/12, Активний перетворювач частоти./П.А. Молчанов, М.А. Фшнюк, О.В. Войцеховська. Заявл. 23.04.97; Рппення в1д 20.08.98.

37. Патент Украши на винахщ 97094722, 6 G01 R 27/26, Н 03 Н 11/14 Автогенераторний перетворювач шдуктивность/П.А. Молчанов, М.А. Фшнюк, О.В. Войцеховська. Заявл. 23.09.97; Рппення в1д 20.08.98.

Особистий внесок в роботах, опублшованих в сшвавторствп [3,4,5,7,15] - розробка теоретичних моделей та i'x дослздження, [12,14,18] - наукове керивництво, постановка задач, [15,16,19-37] - розробка метод1в достдження, моделей та конкретних схем для вир1шення наукових та практичних задач.

АНОТАЦШ

Молчанов П. А. Теор1я нелашйних транзисторних негатрошв для пристроав систем керування.-Рукопис.

Цисертац1я на здобуття паукового ступеня доктора техшчних наук за спещальшстю 05.13.05 - елементи та пристро! обчислювально! техшки та систем керування.- ВШницький державный техШчний ушверситет, Втниця, 1998.

Дисертащя присвячена розробщ теори нелшшних транзисторних негатрошв для систем керування. Представлен! принципи теорп нелшшних транзисторних негатрошв (юл з вад'емним дифференщальним опором). Теор1я мае розвиток на основ! нелшшно! зарядно! модель Визначеш параметри, що характеризуют нелшшний режим динам1чних транзисторних негатрошв. Нелшшна екв1валентна схема 1 ряди Вольтерра

використаш для розрахунку параметр1в негатрошв. Особлива увага прид1лена розробд1 пристроив систем керування: перетворюючих, автогенераторних, параметричних, комутуючих та фшьтруючих.Розроблеш кола динам1чно1 й температурно! стабшзагщ негатронних пристроив. Описаш експериментальш перетворн>вач1, автогенератори, параметр1чш, комутуюч1, фшьтрукга пристро!, активш вим1рювальш перетворювач1 та друп пристро!, що шдтверджують теоретичш положения.

Ключовх слова: нелшшний негатрон, транзистор, активний пристрш, перетворювач, система керування.

Молчанов ' П.А. Теория нелинейных транзисторных негатронов для устройств систем управления. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.13.05 - элементы и устройства систем управления. - Винницкий государственный технический университет, Винница, 1998.

Диссетрация посвящена разработке теории нелинейных транзисторных негатронов для систем управления. Представлены принципы теории нелинейных транзисторных негатронов ( цепей с орицательным дифференциальным сопротивлением) . Теория разработана на основе нелинейной зарядной модели. Определены параметры, которые характеризуют нелинейный режим динамических транзисторных негатронов. Нелинейная эквивалентная схема и ряды Вольтерра использованы для расчета параметров негатронов. Особое внимание уделено разработке устройств систем управления: преобразующих, автогенераторных, параметрических, переключающих и фильтрующих. Разработаны цепи динамической и температурной стабилизации. негатронных устройств. Описаны

эксприментальные преобразователи, автогенераторы,

переключающие и фильтрующие устройства, подтверждающие теоретические положения.

Ключевые слова: нелинейный негатрон, транзистор, активное устройство, преобразователь, система управления.

Molchanov P.A. A nonlinear transistor negatrons theory for control system devices. - Manuscript.

Thesis for a doctor's degree by speciality 05.13.05 - elements and devices of computers technique and control systems.- The Vinnitsa State Technical University, Vinnitsa, 1998.

The dissertation is devoted to design a nonlinear transistor negatrons theory for control system devices. The principles of nonlinear mode modeling transistor negatrons (circuits .with negative active differential resistance) are introdused. The nonlinear model is developed on the basis of the nonlinear charge model. Parameters are derived which characterize nonlinear regime of transistor negatrons. Nonlinear equevalent circuit and Volterra series are used to calculation paramétrés of negatrons. Particular attention is devoted to the control system devices: transducers, oscillators, parametric, switching and filtering devices. The circuits of dynamic and temperature stabilization of negatron devices are. developed. An experimental transducers, oscillators, parametric, switching and filtering devices are described, that confirmed the theoretical predictions.

Key words: nonlinear negatron, transistor, active device, transducer, control system.