С.Ш. Рехвиашвили1, Д.С. Гаев2

1 Институт прикладной математики и автоматизации КБНЦ РАН (г. Нальчик, Россия)

2 Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова (г. Нальчик, Россия)

1 rsergo@mail.ru; 2 dahir@mail.ru

Постановка проблемы. Существующие радиотехнические цепи можно разделить на линейные, нелинейные и параметрические. Все они допускают электронную настройку тех или иных параметров, которую осуществляют с помощью конденсаторов переменной емкости таких, как вариконды и диоды-варикапы. Однако данным конденсаторам присущи следующие недостатки: малые значения перекрытия по емкости; нелинейная зависимость электрической емкости от напряжения, непосредственно подающегося на прибор; зависимость электрической емкости от температуры; радиационная восприимчивость. В связи с этим актуальной практической задачей на сегодняшний день является разработка эффективных конденсаторов переменной емкости на существенно новых физических принципах.

Цель. Выполнить теоретическое и экспериментальное исследования возможности применения оптрона в качестве конденсатора переменной емкости в радиочастотных цепях.

Результаты. На примере релаксационного генератора впервые рассмотрено применение оптрона как емкостного элемента для настройки радиочастотных цепей и продемонстрирована высокая эффективность его функционирования в этом качестве. Показано, что оптрон обеспечивает значительно бо́льший диапазон регулирования частоты генерации, чем стандартный диод-варикап. Получены формулы для частотно-зависимых электропроводности и электрической емкости выходного транзистора оптрона. Экспериментально исследованы релаксационные генераторы на микросхеме К561ЛА7 с управлением в цепи обратной связи на варикапе КВ115А и транзисторном оптроне PC817. Измерена зависимость выходной емкости фотоприемника в зависимости от входной электрической мощности излучателя оптрона. Проведен теоретический анализ оптрона с использованием понятий «барьерная емкость» и «диффузионная емкость».

Практическая значимость. Представленные результаты подтверждают возможность применения оптрона в качестве подстроечного элемента высокочастотных электрических цепей, в радиосвязи и проводной связи, а также в гетеродинах и специальных измерительных устройствах.

Рехвиашвили С.Ш., Гаев Д.С. Применение оптрона для емкостного регулирования в радиочастотных цепях // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 6. С. 104–113. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202506-10

1. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: URSS. 2024. 528 с.
2. Vendelin G.D., Pavio A.M., Rohde U.L., Rudolph M. Microwave circuit design using linear and nonlinear techniques. 3rd edition. John Wiley & Sons Inc. 2021. 1174 p.
3. Szczepaniak Z.R., Galwas B.A. Photo-devices for optical controlling of microwave circuits // Journal of Telecommunications and Information Technology. 2001. №3. P. 86–94. https://doi.org/10.26636/jtit.2001.3.62.
4. Зельдин Е.А. Импульсные устройства на микросхемах. М.: Радио и связь. 1991. 160 с.
5. Тучкевич В.М., Грехов И.В. Новые принципы коммутации больших мощностей полупроводниковыми приборами. Л.: Наука. 1988. 117 с.
6. Грехов И.В., Месяц Г.А. Полупроводниковые наносекундные диоды для размыкания больших токов // УФН. 2005. Т. 175.
   № 7. С. 735–744. https://doi.org/10.3367/UFNr.0175.200507c.0735.
7. Phillips T.J., Gordon N.T. Negative diffusion capacitance in Auger-suppressed HgCdTe heterostructure diodes // Journal of Electronic Materials. 1996. V. 25. № 8. P. 1151-1156. https://doi.org/10.1007/BF02655001.
8. Butcher K.S.A., Tansley T.L., Alexiev D. An instrumental solution to the phenomenon of negative capacitances in semiconductors // Solid-State Electronics. 1996. V. 39. № 3. P. 333-336. https://doi.org/10.1016/0038-1101(95)00143-3.
9. Jones B.K., Santanat J., McPherson M. Negative capacitance effects in semiconductor diodes // Solid State Communications. 1998. V.107. № 2. P. 47-50. https://doi.org/10.1016/S0038-1098(98)00162-8.
10. Zhu C.Y., Feng L.F., Wang C.D., Cong H.X., Zhang G.Y., Yang Z.J., Chen Z.Z. Negative capacitance in light-emitting devices // Solid-State Electronics. 2009. V.53. P.324–328. https://doi.org/10.1016/j.sse.2009.01.002.
11. Feng L.F., Li Y., Zhu C.Y., Cong H.X., Wang C.D. Negative terminal capacitance of light emitting diodes at alternating current (AC) biases // IEEE Journal of quantum electronics. 2010. V. 46. № 7. P. 1072-1075. https://doi.org/10.1109/JQE.2010.2043337.
12. Li Y., Wang C.D., Feng L.F., Zhu C.Y., Cong H.X., Li D., Zhang G.Y. Elucidating negative capacitance in light-emitting diodes using an advanced semiconductor device theory // Journal of Applied Physics. 2011. V. 109. P. 124506. http://dx.doi.org/10.1063/1.3597831.
13. Bourim E.-M., Han J.I. Electrical characterization and thermal admittance spectroscopy analysis of InGaN/GaN MQW blue LED structure // Electron. Mater. Lett. 2015. V. 11. № 6. P. 982-992. https://doi.org/10.1007/s13391-015-5180-0.
14. Патент № 2799113 (РФ). Способ повышения быстродействия транзисторов и транзисторных интегральных схем. / Рехвиашвили С.Ш., Нарожнов В.В. Приоритет от 18.03.2022.
15. Альтудов Ю.К., Гаев Д.С., Псху А.В., Рехвиашвили С.Ш. Биполярный транзистор с оптической накачкой // Микроэлектроника. 2023. T. 52. № 6. C. 489-496. https://doi.org/10.31857/S0544126923600240.
16. Никитин А.Б., Хабитуева Е.И. Сверхширокополосный СВЧ-генератор, управляемый напряжением // Радиотехника. 2018. Т. 82. № 1. С. 4-9.
17. Каганов В.И., Фам К. СВЧ-фильтр с управляемой полосой пропускания // Радиотехника. 2019. Т. 83. № 1. С. 70-72. DOI: 10.18127/j00338486-201901-08.