Informe Final: Principios del Modulador PIN Sandoval Hilario Jordan, Rodríguez Cruz Dalia, Zegarra Ventura Ventura Renzo, Vela Mata George, Mauricio Yuyas Girio Escuela de Ingeniería de Telecomunicaciones Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Resumen — En
esta sta e!eriencia se desarrollar"n e!eri#ental#ente las curvas del #odulador $%&, las !artes del circuito a usar' (scilador Gunn, )islador, transici*n guía de onda coaial y #odulador !in + Se e!licar"n sus !ar"#etros #"s i#!ortantes co# co#o lo son son la rec recue uenc ncia ia de cort cortee y recuencia de resonancia+ I.
INT!"#$$I!N
El otodiodo $%& ue inventado !or Jun-ic.i &is.iza/a y sus colegas en 0123, un nuevo ti!o de e#isor de luz, el 4ED, de !e5ue6a su!ericie radiante, id*nea !ara el aco!la#iento en 7+(+ $or lo 5ue se reiere a los otodetectores, los diodos $%& y los de avalan lanc.a a 8ase de Si, ueron desarr desarroll ollado adoss sin diicu diicultad ltades es y orecí orecían an 8uenas características+ Sin e#8argo, no !odían a!licarse en longitud de onda 9 0033 n#+ El Ge era un 8uen candidato a ser utiliza utilizado do !ara !ara tra8a: tra8a:ar ar entre entre 0033 0033 y 0;33 n#, y ya en 01;; se dis!onía de ellos con elevad elevadas as !resta !restacio ciones nes el se realiza en 01??+ II. II. E%T& E%T&"! "E' "E' &T &TE E
A. Diodo Pin
@n diodo $%& es un diodo con una a#!lia, ligera#ente AcercaA de la regi*n se#iconductor intrínseco do!ado entre un se#i se#ico cond nduc ucto torr de ti!o ti!o ! y una una regi*n de ti!o n+ 4as regiones regiones de ti!o ! y de ti!o n son tí!ica#ente uerte#ente do do!a !ado doss ya 5u 5uee se utili utiliza zann !ara !ara los los contactos *.#icos+
4a regi regi*n *n intr intrín ínse seca ca a#!l a#!lia ia es en contraste con un diodo $& ordinaria+ 4a regi*n intrínseca a#!lia .ace 5ue el diodo diodo $%& un rectii rectiica cador dor ineri ineriore ores, s, !ero .ace 5ue el diodo $%& adecuado !ara atenuadores, interru!tores r"!idos, oto otode dete tect ctor ores es,, y a!li a!lica caci cion ones es de electr*nica de !otencia de alta tensi*n+ B. Operación
@n diodo $%& o!era 8a:o lo 5ue se conoce co#o la inyecci*n de alto nivel+ En otras !ala8ras, la regi*n intrínseca BiB BiB se inun inunda da con con los los !o !ort rtad ador ores es de carga de las regiones de BnB, B!B y+ Su unci*n se !uede co#!arar a llenar un cu8o de agua con un agu:ero en el lado+ @na vez 5ue el agua alcanza el nivel del del agu: agu:er eroo en el 5ue 5ue co#e co#enz nzar ar"" a derra#ar+ Del #is#o #odo, el diodo conducir la corriente una vez 5ue los elec electro trone ness y los los .u .uec ecos os inun inunda dado doss llegan a un !unto de e5uili8rio en la reg regi*n i*n intr intrín ínsseca+ ca+ De De8i 8iddo a esta sta inyecci*n de alto nivel, 5ue a su vez se de8e de8e al !roc !roces esoo de agot agota# a#ie ient nto, o, el ca#!o el
general !er#ite la generaci*n de !ar electr*n-.ueco !roundo en el dis!ositivo+ Esto au#enta la eiciencia cu"ntica de la c
&or#al#ente, las c
Fig.1 Diodo Pin C.
Célula fotoeléctrica y fotovoltaica
7otodiodos $%& se utilizan en las tar:etas de red de i8ra *!tica y los interru!tores+ Co#o un otodetector, el diodo $%& est" !olarizado inversa#ente+ En !olarizaci*n inversa, el diodo nor#al#ente no realiza+ @n ot*n entrar en la regi*n intrínseca li8era un !ortador+ El ca#!o de !olarizaci*n inversa 8arre el !ortador uera de la regi*n y crea una corriente+ )lgunos detectores !ueden usar la #ulti!licaci*n de avalanc.a+ 4a c
En una estructura de &%$, una ca!a intrínseca Cde se intercala !or ndo!ado CdS y !-do!ado Cne+ 4os otones inciden so8re la ca!a de ndo!ado a dierencia de un diodo $%&+ @n otodiodo $%& ta#8i
(scilador Gunn Consiste en una cavidad de alto con un diodo Gunn en su interior, y un cortocircuito varia8le 5ue deter#ina la recuencia de oscilaci*n, sie#!re dentro de la 8anda =F,2 03,2GHz>+ El diodo Gunn tiene una zona de resistencia din"#ica negativa, !or lo 5ue oscila+ 7uente de ali#entaci*n Gunn Est" dise6ada !ara ali#entar a un oscilador Gunn con la necesaria !otencia continua+ )islador $er#ite el !aso de !otencia de #icroondas en un sentido casi sin atenuaci*n y lo i#!ide en el sentido contrario+ ra8a:a en el rango de recuencias co#!rendido entre F,2 y 1,;GHz+ Se 8asa en la deor#aci*n no reci!roca 5ue e!eri#enta el ca#!o el
ransici*n Guía de onda coaial 4a unci*n de una transici*n guía coaial de #edici*n es la de transerir una se6al #icroondas 5ue llega de un coaial de #edici*n .acia una guía de ondas, o de una guía de ondas .acia un coaial de #edici*n+
L
2 ;
$%& - #odulador El diodo $%& es adecuado !ara
?
del diodo detector con el #odulador $%& instalado+ Registrar las co#!onentes de volta:e )C =0.z> de las se6ales del diodo detector con el voltí#etro selectivo de recuencia+ Medir las características del #odulador Gunn+ Características de la Guía de (nda+ Características de la Cavidad Gunn+
atenuadores, interru!tores r"!idos, otodetectores, y a!licaciones de electr*nica de !otencia de alta tensi*n+ @tilizado co#o #odulador de a#!litud de alta recuencia+
Detector coaial @tilizado en circuitos de !rotecci*n !ara #oduladores de alta recuencia+
Fig." Circuito i!ple!entado
III. "&T!% !*TENI"!%
$ircuito a implementar
Fig.2 Montaje eperi!ental
$rocedi#iento' 0 %#!le#entar el arreglo segIn el circuito a i#!le#entar inicial#ente sin #odulador $%&+ Hacer las #ediciones sin el #odulador $%&+ K Mediciones de la curva de volta:e con res!ecto al tie#!o del volta:e
Ta+la ,., $ar"#etros !ara las
características del volta:e del diodo detector y su de!endencia en la #odulaci*n de volta:e+
#a$la.1.1 %oltaje & D
Voltaje del Diodo U D
Modulador $%& re#ovido
∪ DO ^
O ;+02
De los resultados o8tenidos en la !regunta 0 V o8serva#os 5ue la relaci*n De!endencia de las Con #odulador @(77O 3+0 V de !otencia !ara el estado co#!onentes de $%& (& es alta =cercana a la volta:e )C de 0NHz # pin/0.1 ∪ ON O 2+2K unidad> lo 5ue indica 5ue ' ( de la se6a del diodo casi toda la !otencia 5ue V detector so8re el entrega el diodo $%& est" # /0.2 ∪ pin ON volta:e de trans#itida y O 2+L siendo #odulaci*n+ =Con sola#ente un !e5ue6o V !orcenta:e se !ierdeP reerencia a la U en (V) 10log(û / û ) en pin N N,0 ∪ ON ta#8i 3+F 3 V relaci*n de !otencia es 3+? -3+KK1 # pin/0.4 ∪ ON O 0+0; #uy !e5ue6a =cercana a 3+; -0+L3;; cero> lo cual indica 5ue en #a$la.1.2 Dependencia V-;+?F? este estado no se trans#ite de lo, voltaje, 3+2 casi nada de !otenciaP con # pin/0.5 ∪ ON 3+L -F+K1;L O 3+F estos estados, donde en 3+K -?+L?31 uno de ellos trans#ite V-?+1FF 3+ !otencia y en el otro no # pin/0.6 ∪ ON 3+0 -?+2;1 O 3+11 trans#ite !otencia I. conclui#os 5ue el $#E%TI!N&I! V #odulador $%& tra8a:a # pin/0.- ∪ ON O 0+3K co#o un interru!tor 5ue se 1- Bajo la a,unción controla electr*nica#ente de caracter,tica de V de!endiendo del nivel de ley cuadr/tica del # pin/0., ∪ ON O 0+3L !otencia 5ue se le est< diodo detector dando+ $or lo tanto deter!ine la potencia V !ode#os air#ar 5ue el PO( en el e,tado #odulador $%& es un 8uen interru!tor de 0O( del !odulador P+( ue ,e #icroondas electr*nica#ente controla8le+ tran,!ite a travé, del !odulador P+( y la potencia POFF tran,!itido en el "- Deter!ine la diferencia de voltaje 6 O( 7 e,tado 0OFF y co!parar cada valor con la potencia relativa Po tran,!itida 6 OFF en función del voltaje de !odulación cuando ,e uita el !odulador P+(. Ba,e 6 P+( y di$uje e,ta función. ,u, c/lculo, en el voltaje !/, alto 3 ∪ pin4*.5 %-. Ta+la ,.-
^
^
^
^
^
^
^
^
̂
P ON ∪ ON 5.53 V = = =0.8992 P O 6.15 V ∪ DO ^
^
P OFF P O
0.1 V
∪ OFF ^
=
∪ DO ^
=
6.15 V
=
0.01626
2- De acuerdo con lo, re,ultado, de la pregunta 1 di,cuta la conveniencia del u,o del !odulador P+( co!o un 0interruptor de !icroonda, electrónica!ente controlado.
+te!
#en,ión Corriente 3voltio,3!A0 3 3 3+2 K0 K 0 ?; L 0+2 00 2 0K; ; +2 02; ? K 0;F F K+2 0? 1 L 0?; 03 L+2 0;3 00 2 0;3 0 2+2 02; 0K ; 02 0L ;+2 0LL 02 ? 0L3 U en OFF 0; pin ?+2 ∪ ON −∪ 0K; (V) 0? F 0K; 2+LK0K 0F 3+F F+2 01 3+? 1 2+0L0K 3 3+; 1+2 K+10F 3+2 0+3; 3+L 3+? 3+K 3+F1 3+ 3+1K 3+0 3+1L
#a$la.2 Diferencia de voltaje,
9- Di$uje la curva del valor !o,trado en el volt!etro ,electivo de frecuencia 3ta$la 1.2- en función de ' P+( 0 -0.23 0
).ora
-1.41 0.5
-1 0 -2 -3
10log(ûN/ ûN,0) en dB
-4 -5 -6 -7
-6.78 -7.26 -7.3 -7.47
-8
-8.4
-9
ûPIN
^
8r/fica 2 Dependencia de voltaje, v, &pin
graica#os 6 O( 76 OFF en unci*n de 6 P+(
6
5.43 5.14
5 3.9 4
ÛON-ÛOFF (V)
3 2 1
0.94 0.93 0.89 1.06 0.7
:- Di,cuta la relación cualitativa entre 6P+( y 6O(76OFF 4a relaci*n entre estos valores !ode#os o8servarla en la graica de la !regunta nI#ero K, donde nota#os 5ue !ara valores 8a:os de @$%& =Q3+2> ve#os 5ue se or#a una línea casi recta lo 5ue indica 5ue el (& es !r"ctica#ente igual al (77+ Sin e#8argo, ve#os el ca#8io 5ue ocurre al !asar el $%& a un valor #ayor 5ue el de 3+2, !ues los valores incre#entan .aciendo 5ue el (& sea 8astante #ayor 5ue el (77+ #a$la " #en,ión y corriente
0 0
0.2 0.4 0.6 0.8
ÛPIN (V)
;- 8raficar lo, valore, corriente ver,u, ten,ión del o,cilador 8unn. ).ora graica#os los datos de la ta8la'
8r/fica 1 Diferencia de voltaje, v, &pin
1
200
f c =
150
Corriente (I)
c 2
√( ) ( ) 2
m + n a b
100
f c =
50
3 × 10
8
2
0 0
2
4
6
8
1
√(
2
1 0.0226
) +( 2
0 0.0102
)
2
f c =6.63 GHz
Tension (V)
Frecuencia de re,onancia< 8r/fica " Curva del o,cilador 8unn
"&T!% &"I$I!N&'E%
Hallare#os las recuencias de corte y resonancia con las di#ensiones de la cavidad de la guía de onda+
@tilizare#os la ecuaci*n !ara .allar la recuencia de resonancia, to#ando los valores !ara los #odos' m/, n/0 p/,
f c =
c 2
f R =
√( ) ( ) 2
2
2
m + n +( p ) =¿ a b d
3 × 10 2
8
√(
1 0.0226
) +( 2
0 0.0102
) +( 2
1 0.0265
f R =8.723 GHz
4os valores de a, 8 y d #edidos en el la8oratorio son' a
+
d
3+31#
3+303 #
3+3;2
I. $!N$'#%I!NE% •
Frecuencia de corte< Es la #íni#a recuencia de o!eraci*n 5ue !osee una guía de onda+ 4as recuencias !or de8a:o de la recuencia de corte no ser"n !ro!agadas !or la guía de onda+ •
@tilizare#os la ecuaci*n !ara .allar la recuencia de corte, to#ando los valores !ara los #odos E m/0 n/,
Veriica#os el unciona#iento del #odulador $%& co#o con#utador dados los #arcados estados de (& y (77 5ue o8tuvi#os co#!arando los valores de !otencia 5ue se le entrega con los resultantes+ Sin #odulador se o8serv* un volta:e constante en el detector !ero con #odulador se o8serv* una serie de !ulsos+ )de#"s se o8tuvo las curvas características del diodo $%&
)
2
. &NE(!
Fig.9 =oja de dato,
I. *I*'I!7&FI&
0T G+Hiller' Design /it. $%&-Diodes, R7 design, Marc.)!ril and MayJune 01?1 T E+)+ Uol, R aul' Micro/ave and syste# a!!lication, Uiley Sons, &e/ yorN, 01FF KTdocsetools+co#artículosWinor#ativosa
rticleW;LF+.t#l LT >.%. Garver' Micro/ave Diode Control Devices )rtec. House, Dead.a# =M)> 01?; 2T///+aliat uni8ersidades+co#+#+++Dis
!ositivosWelectronicos-$arte+!d
