Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.02, кандидат наук Шитов, Евгений Михайлович

• Шитов, Евгений Михайлович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Шитов, Евгений Михайлович

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ШУМОВОЕ И ИМПУЛЬСНОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ - ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ТЕРМОКАТОДОВ

1.1 Шумовое зондирование и устройства для измерения шумовых параметров

1.1.1 Шумы термокатодов

1.1.2 Аппаратура для измерения шумов

1.1.3 Автоматизированные установки для измерения шумов

1.1.4 Определение информативных параметров по результатам измерений

шумов термокатодов

1.2 Импульсное зондирование термокатодов

1.2.1 Импульсное зондирование как способ определения эмиссионных

параметров термокатодов

1.2.2 Устройства для импульсного зондирования и их параметры

1.3 Выводы

ГЛАВА 2. ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС НА ОСНОВЕ МОДУЛЯ ИМПУЛЬСНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ТЕРМОКАТОДОВ И СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ NATIONAL INSTRUMENTS

2.1 Разработка модуля импульсного зондирования (МИЗ)

2.1.1 Назначение, особенности и параметры МИЗ

2.1.2 Структурная схема и принцип работы МИЗ

2.1.3 Разработка основных блоков МИЗ

2.2 Исследование параметров импульсов для зондирования экспериментальных образцов

2.3 Разработка программно-аппаратного комплекса на основе модуля

импульсного зондирования термокатодов и системы сбора данных National Instruments

2.4 Разработка программного обеспечения для импульсного зондирования

2.5 Определение эмиссионных параметров катодов по результатам

импульсного зондирования

2.6 Выводы

ГЛАВА 3. ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС НА ОСНОВЕ МОДУЛЯ ШУМОВОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ТЕРМОКАТОДОВ И СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ NATIONAL INSTRUMENTS

3.1 Модуль измерения шумов, назначение и параметры

3.2 Разработка модуля измерения шумов

3.2.1 Выбор метода измерения шумовых параметров

3.2.2 Выбор и исследование схемы включения экспериментальных образцов для измерения шумов

3.2.3 Структурная схема модуля

3.2.4 Разработка и исследование усилителя шумового напряжения

3.3 Оценка влияния низкочастотной (фликкерной) составляющей шума на

результаты измерения дробового шума

3.4 Разработка и исследование блока детектирования шумового сигнала

3.5 Порядок проведения измерений

3.6 Разработка автоматизированного комплекса для шумового зондирования

3.6.1 Выбор системы сбора данных для совместного использования с модулем измерения шумов

3.6.2 Разработка структурной схемы

3.6.3 Разработка преобразователя уровня напряжений

3.7 Разработка программного обеспечения автоматизированного комплекса

3.8 Тестирование диагностического комплекса

3.9 Выводы

ГЛАВА 4. ДИАГНОСТИКА ТЕРМОКАТОДОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ШУМОВОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

4.1 Разработка программного обеспечения для нахождения шумовых

параметров по результатам шумового зондирования

4.2 Оценка информативности шумовых параметров для прогнозирования надежности

4.3 Алгоритм диагностики термокатодов с использованием импульсного и

шумового зондирования

4.4 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов»

Введение

Актуальность работы

Современные электровакуумные приборы (ЭВП) представлены широким спектром видов и модификаций. Часто сочетание частотных, мощностных и других параметров делают их применение экономически целесообразнее применения полупроводниковых приборов. В некоторых случаях использование ЭВП является единственным возможным вариантом выбора элементной базы благодаря стойкости к радиационному излучению, электромагнитным импульсным помехам и возможности работать в широком диапазоне температур.

В основе большинства ЭВП лежит катодно-подогревательный узел с термоэлектронным катодом. Его параметры во многом определяют качество и срок службы прибора в целом. Эмиссионные свойства термокатода связаны с состоянием эмитирующей поверхности. Наличие на ней дефектов приводит к преждевременному выходу из строя катода или параметрическому отказу ЭВП. Поэтому востребованными являются методы и оборудование для оперативного контроля, способные дать количественную оценку дефектам эмитирующей поверхности термокатодов.

Существующие методы оперативной диагностики термокатодов, связаны, как правило, с измерениями токовых характеристик, не позволяющих обнаружить влияние участков эмитирующей поверхности с малыми плотностями тока эмиссии. Такие участки подобно дефектам в полупроводниковых структурах можно рассматривать как дефекты эмитирующей поверхности, способные в своей динамике развиваться, множиться и приводить к деградации эмиссионных свойств катодов в целом. В этой связи представляется перспективным использование для диагностики катодов шумовых параметров, высокая чувствительность которых для полупроводниковых структур и приборов неоднократно была экспериментально доказана. Уровень шумов, создаваемых катодами, в отличие от полупроводниковых структур дополнительно определяется демпфирующим влиянием прикатодного электронного пространственного заряда. Вместе с тем, благодаря этому влиянию при измерении

шумов возникает возможность обнаружить слабоэмитирующие участки, для которых воздействие создаваемого ими пространственного заряда на уровень шума минимально.

Реализация, развитие и совершенствование диагностических методов неразрывно связаны с исследованием их эффективности (информативности) и созданием для этого специализированного диагностического оборудования, ориентированного на работу с относительно большим количеством объектов и потому обладающего максимально высоким уровнем автоматизации процедуры измерений.

Степень разработанности темы исследования

Как показал анализ информации, содержащейся в литературных источниках, существующие способы и средства диагностики и оперативного контроля качества современных эффективных термокатодов, преимущественно основаны на определении их эмиссионных характеристик. Известно лишь небольшое число работ, посвященных использованию создаваемыми катодами флуктуационных шумов для диагностики, однако практического подтверждения эффективности и достоверности этих методик не представлено. Известное оборудование для измерения шумов в диагностических целях, как правило, узкоспециализировано и предназначено для контроля шумовых параметров готовых приборов и устройств.

Диссертационная работа нацелена на формирование и исследование эффективности диагностических шумовых параметров термокатодов на стадии, предшествующей производству готовых приборов, а также создание оперативных способов их определения.

Цель диссертации

Цель диссертации состояла в создании автоматизированного программно-аппаратного комплекса на основе модулей импульсного и шумового зондирования для оперативной диагностики термокатодов, а также в формировании и исследовании эффективности шумовых диагностических параметров.

Задачи

1. Спроектировать и изготовить модуль импульсного зондирования для оценки эмиссионных свойств и отбраковки негодных к шумовому зондированию катодов, предусмотрев возможности изменения параметров зондирования при адаптации модуля к катодам различных типов и экспериментальным диодам различных конструкций.

2. Обеспечить высокий уровень автоматизации импульсного зондирования и архивирование результатов измерений.

3. Исследовать с помощью изготовленного модуля возможности реализации известных методик оценки эмиссионных свойств катодов.

4. Спроектировать и изготовить модуль шумового зондирования для измерения шумовых характеристик катодов, согласно физической модели отражающих существование на эмитирующей поверхности катодов слабоэмитирующих участков.

5. Обеспечить высокий уровень автоматизации шумового зондирования, архивирование результатов измерений, необходимую помехозащищенность, возможность адаптации к катодам различных типов и экспериментальным диодам различных конструкций.

6. Исследовать условия определения шумовых характеристик и параметров и их информативность.

7. Разработать программное обеспечение, необходимое для формирования системы информативных шумовых характеристик и параметров.

Научная новизна работы

1. Создан диагностический программно-аппаратный комплекс на базе модулей шумового и импульсного зондирования, а также серийной универсальной системы сбора данных National Instruments, позволяющий в автоматизированном режиме определять параметры для оценки качества термоэлектронных катодов.

2. Разработана и реализована методика определения диагностических шумовых параметров на основе измерения характеристик дробовой компоненты шума в режиме глубокого пространственного заряда.

3. Путем комплексных исследований шумовых и эмиссионных характеристик с использованием созданного программно-аппаратного комплекса, а также в результате испытаний термокатодов на наработку показана информативность разработанных шумовых диагностических параметров при прогнозировании долговечности термокатодов.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Исследована и подтверждена эффективность для диагностики термокатодов модели, связывающей шумовые характеристики с наличием на эмитирующей поверхности дефектных слабоэмитирующих участков.

2. Найдены условия для определения и формирования информативных шумовых диагностических параметров.

3. Разработан программно-аппаратный комплекс на основе модуля измерения шумов термокатодов, модуля импульсного зондирования и серийной универсальной системы сбора данных National Instruments с высоким уровнем автоматизации измерений, способный обеспечить оперативную диагностику термокатодов.

4. В среде Lab VIEW создано программное обеспечение для управления режимом проведения шумовых и импульсных измерений, позволяющее измерять шумовые и эмиссионные параметры термокатодов при различных режимах работы. Использование серийной универсальной системы сбора данных National

Instruments и модульный принцип построения комплекса обеспечивают возможность модернизации и изменения параметров комплекса при нахождении различных информативных шумовых параметров для различных конструкций термокатодов.

5. Разработана и реализована методика определения информативных шумовых параметров применимых для прогнозирования долговечности термокатодов.

Объекты и методы исследований.

Объектами исследования являлись металлопористые термокатоды на основе W-Re губки, пропитанной содержащим Ва активным веществом и с нанесенной на поверхность тонкой пленкой Os. Катоды помещались в экспериментальные диоды с повышенными требованиями к жесткости крепления электродов. Конструкция диодов максимально приближена к плоскому диоду для обеспечения однородного электрического поля у поверхности катода. Площадь эмитирующей поверхности катода составляет 1..2 мм .

Исследования проводились посредством измерения дробовой компоненты шума, создаваемой катодами, в зависимости от отбираемого с катода тока и приложенного к диоду напряжения, а также характеристик импульсного тока на различных этапах длительной наработки катодов с отбором эмиссионного тока.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Впервые показано, что повышение эффективности оценки качества термоэлектронных катодов может быть достигнуто путем определения зависимости дробовой компоненты шума от отбираемого тока и анодного напряжения при работе экспериментальных диодов в режиме глубокого пространственного заряда с последующим расчетом шумовых параметров.

2. Разработанный, спроектированный и изготовленный диагностический программно-аппаратный комплекс на основе модулей шумового и импульсного зондировании, а также серийной универсальной системы сбора данных National Instruments, вместе с разработанным программным обеспечением позволяет в автоматизированном режиме получать оперативную информацию о качестве термоэлектронных катодов посредством комплексных измерений импульсных и шумовых характеристик.

3. Результаты экспериментальных исследований связи шумовых параметров со степенью деградации эмиссионных свойств термокатодов после длительной наработки являются основой для прогнозирования деградации термокатодов из той же партии по результатам оперативной шумовой диагностики без проведения наработки.

Обоснованность научных положений подтверждается результатами всесторонних испытаний разработанного диагностического оборудования и результатами исследования информативности предложенных диагностических шумовых параметров.

Достоверность полученных результатов подтверждена их согласованием при использовании различных методов измерений шумов, а также высокой степенью корреляции исходных значений диагностических шумовых параметров с деградацией термокатодов по эмиссии после длительной наработки.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих международных и общероссийских конференциях:

1. Конференция "Российские корпорации, вузы и научные организации: проблемы и перспективы сотрудничества в инновационной сфере" международного форума "Технологии в машиностроении 2012", г. Жуковский 2012;

2. 44й Международный научно - методический семинар Флуктуационные и деградационные процессы в полупроводниковых приборах. Секция "Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах", МНТОРЭС им. А.С.Попова, Москва, 2013;

4. Восемнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" Секция "Электронные приборы", Москва, 2012г;

5. Девятнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" Секция "Электронные приборы", Москва, 2013;

6. Двадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика", Секция "Электронные приборы", Москва, 2014;

Публикации

Основное содержание диссертации отражено в 8 печатных работах, включая 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Реализация результатов

Разработанное оборудование, программное обеспечение, а также установленные в ходе исследований условия работы катодов, необходимые для определения и формирования информативных шумовых диагностических параметров термокатодов использовались для комплексной диагностики термокатодов в ФГУП "НПП "Торий"

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, материал изложен на 132 страницах, иллюстрирован 78 рисунками, 5 таблицами, список цитируемых источников насчитывает 129 наименований.

Глава 1. Шумовое и импульсное зондирование - источник информации для оперативной оценки качества термокатодов

1.1 Шумовое зондирование и устройства для измерения шумовых параметров 1.1.1 Шумы термокатодов

Среди флуктуационных процессов, протекающих в электровакуумных приборах, особое положение занимают фликкер шум и дробовой шум. Впервые дробовой шум электровакуумного диода в режиме ограничения тока температурой катода описан Шоттки [1-3] в 1918 году. Низкочастотные шумы, проявляющиеся в лампах на низких частотах помимо и сверх дробового, получили название фликкер-эффект и были описаны Джонсоном в 1925г в ходе исследования ламп, работающих в режиме насыщения [4]. В 1926 году Шоттки связал фликкер шум с состоянием эмитирующей поверхности [5]. В работе [6] установлено, что фликерная и дробовая составляющие подавляются пространственным зарядом в разной степени. Шумы термокатодов в режиме ограничения тока пространственным зарядом подробно изучены в работах [7-11]. Позже были получены теоретические соотношения, позволяющие рассчитать шум в различных режимах работы диода [12, 13].

Первоначально шумы рассматривались лишь как физическое ограничение параметров усилительных ламп [14,15]. Однако накопленные экспериментальные данные по различным типам эффективных термокатодов [16-19] и появление многочисленных работ, посвященных изучению влияния механизма возникновения низкочастотных шумов катода [20-25], привели к пониманию, что шумы электровакуумных устройств можно использовать, как инструмент диагностики термокатодов [26-29]. Принцип шумовой диагностики основан на том, что эмиссионная неоднородность термокатода непосредственно связана с его шумовыми параметрами [27], в то же время эмиссионная неоднородность может быть следствием наличия дефектов эмитирующей поверхности, сокращающих срок службы и ухудшающих его эмиссионные свойства. Для выявления таких дефектов и отбраковки вакуумных приборов могут использоваться

низкочастотные шумы. Как известно, уровень шумов является параметром, сильно изменяющимся при изменении режима отбора тока с катода. В [28] приводится способ отбраковки катодов на основании измерения фликкер-шума при двух значениях тока, отбираемого с катода. Отношение измеренных уровней шумов зависит от тока эмиссии катода и увеличивается при его снижении. Критерием при отбраковке является сопоставление отношений шумов для исследуемого прибора с термокатодом и диодного образца с катодом такого же типа.

Дробовой шум не менее информативен для контроля качества катодов. Так, например, в работе [29] показано отличие шумовых параметров катодов с различными эмиссионными свойствами, обусловленное различной степенью демпфирования шума объемным зарядом. Также показано, как использование этого фактора позволяет проводить контроль степени активировки катодов.

Спектральная характеристика шума современных эффективных термокатодов (рис. 1.1), как правило, содержит явно выраженный участок, имеющий вид 1 //^ , где [3 близко к единице [30-32]. Этот участок соответствует фликкерной компоненте шума.

Рис. 1.1 Спектральная характеристика диодов с термокатодами.

В зависимости от типа катода и режима его работы, на частотах 10кГц..1мГц (/а) вклад фликкерной компоненты становится сопоставимым с уровнем дробового шума. На более высоких частотах общий уровень шума катода в основном определяется дробовой компонентой [30, 31]. Спектральная плотность дробового

шума для катода в диодной системе, работающей в режиме насыщения, определяется теоремой Шоттки:

5£(Л = 2 е1л (1.1)

где /а - анодный ток измеряемого образца, е - заряд электрона. В режиме пространственного заряда дробовой шум демпфируется и его спектральная плотность определяется соотношением

= 2е/аГ2 , (1.2)

где Г2 - коэффициент депрессии, составляющий обычно 0,001...0,1. Для характеристики уровня дробового шума часто используется эквивалентный ток шумового диода, работающего в режиме насыщения /эк и создающего такой же шум.

1.1.2 Аппаратура для измерения шумов

Спектральная характеристика шума термокатодов предопределила подходы к проектированию измерительных устройств. В том случае, если целью являлось измерение частотно независимого дробового шума термокатодов, при проектировании пользовались схемами, содержащими эталонный шумовой диод и цепи, ограничивающими полосу пропускания измерительного тракта [33-36]. В работе [33] описывается измерительная система, где для ограничения полосы пропускания используется параллельный колебательный контур, подключенный непосредственно к аноду измеряемого образца. Недостаток такого решения проявляется в необходимости определения собственного шума системы в каждой точке измеряемой характеристики из-за влияния дифференциального сопротивления измеряемого образца на полосу пропускания. Кроме того, резонансный контур, подключенный к аноду образца, значительно снижает помехозащищенность. Нестабильность работы схемы вынудила разработчиков использовать преобразование частоты - с частоты измеряемого сигнала 2МГц до 1 кГц, что не могло не повлечь появление дополнительной погрешности, связанной с процессом преобразования. В работе [34] описывается схема для измерения дробового шума термокатодов в составе усилительных ламп. Для

обеспечения возможности измерения ламп различных конструкций, разработчики использовали трансформатор, позволяющий проводить согласование входного усилительного каскада с дифференциальным сопротивлением измеряемой лампы. В этой конструкции в качестве предусилителя применен сдвоенный триод 6А(^8, включенный по каскодной схеме. Согласование первого и второго каскада обеспечивается применением трансформатора. Недостатком этой измерительной системы является необходимость проведения большого количества предварительных калибровочных измерений, плохая помехозащищенность схемы за счет использования согласующих индуктивных элементов. Кроме того, ширина полосы пропускания измерительного тракта составляет 20кГц, а центральная частота — 470кГц, что может быть недостаточно для отсечения фликкерной составляющей шума некоторых типов ламп. Сходная конструкция, описанная в [35] обладает теми же недостатками, за исключением того, что обеспеченная конструкторами возможность изменения частоты измерения позволяет отсечь фликкер шум.

Спектральная характеристика шума катодов может существенно ограничивать область применения ЭВП на их основе. Результатам разработки оборудования для ее измерения посвящено большое количество работ. В [37] описывается мультиканальный спектроанализатор, предназначенный для измерения фликкерного шума вакуумных ламп. Устройство позволяет проводить измерения в диапазоне частот 10Гц.. ЮкГц. Измеряемый образец ЭВП подключается как усилитель первой ступени модуля предусилителя, далее усиливаемый сигнал поступает на основной усилитель, после чего попадает на полосно-пропускающие фильтры, обеспечивающие пропускание фиксированных частот. Выход каждого фильтра снабжен отдельной измерительной цепью и термисторным детектором. Измерение проходит поэтапно, на каждом этапе на вход измеряемого образца подается синусоидальный сигнал, частота которого равна частоте измерения. Зная параметры калибровочного синусоидального сигнала, из показаний детектора вычисляется мощность шумового сигнала. Преимуществом данной конструкции, по сравнению с рассмотренными ранее,

является использование активных полосно-пропускающих фильтров, не содержащих индуктивных элементов, что повышает помехозащищенность измерительной системы в целом. Серьезным недостатком этой системы является то, что с ее помощью можно получить лишь несколько точек спектральной характеристики, многие участки которой останутся неисследованными. Заявленное разработчиками время измерения спектральной характеристики составляет 5 минут, однако для настройки и калибровки системы требуется значительно большее время, при этом калибровку каждого канала необходимо повторять при измерении ЭВП другого типа.

В работе [31] представлена измерительная система, позволяющая проводить измерения спектральной характеристики шумов без длительных предварительных калибровок. Использование серийного спектроанализатора и предусилителя позволило значительно упростить систему, но в то же время ограничило максимальную частоту измерения значением ЮкГц.

Начиная с 50х годов ХХв. большое распространение получили ЛБВ. Их широкое применение во входных усилителях различной радиоэлектронной аппаратуры привело к возникновению необходимости разработки диагностического оборудования, позволяющего измерять шумы в электронном пучке и коэффициент шума ЛБВ [38-40]. Особенность таких устройств в том, что шум в электронном пучке в основном определяется параметрами применяемого термокатода. Таким образом, ЛБВ может являться средством измерения шумов термокатодов. Однако, для построения измерительных систем необходим был эталонный источник шума, способный работать в СВЧ диапазоне. Большое распространение получили генераторы шума на газоразрядных лампах. Такие лампы наполняются инертным газом при давлении от единиц до десятков гПа. Источником шума являются хаотически движущиеся в плазме электроны. В [38] приведены результаты разработки автоматической системы для измерения шумов в пучке, создаваемом электронной пушкой. Принцип работы системы основан на сравнении шума в пучке, измеряемого при помощи резонатора и калиброванного источника шума - газоразрядной лампы с регулируемым при помощи

исполнительного механизма аттенюатором. Результаты измерения регистрируются с помощью самописца. Достоинствами данной системы являются высокая степень автоматизации процесса измерения, а недостатками -длительность процесса подготовки к измерениям за счет необходимости откачки для создания высокого вакуума при каждой смене измеряемого образца, а также сложность учета коэффициента связи электронного пучка с резонатором. В литературе [32,39,40] рассматриваются устройства для измерения коэффициента шума ЛБВ, в том числе и автоматизированные, и их основные части. Шумы ЛБВ сравниваются с калиброванными шумами, вводимыми в лампу через аттенюатор от газоразрядная лампы. Выходной сигнал ЛБВ поступает детектор, осциллограф и самописец. Источник шума работает в импульсном режиме, обеспечиваемом вакуумными или электромеханическими коммутационными элементами, при частоте повторения порядка 75Гц, поэтому на экране осциллографа можно сравнивать шумы ЛБВ и добавочные шумы калиброванного источника. Недостаток подобных систем - сложность автоматизации, связанная с необходимостью применения электромеханических исполнительных устройств для управления аттенюатором.

С развитием полупроводниковой электроники возникла необходимость контроля шумовых параметров различных полупроводниковых электронных компонентов. Механизмам и закономерностям возникновения шумов в полупроводниковых приборах посвящен широкий спектр работ [41-48]. В работах [49-51] приводятся методики, позволяющие оценивать качество и долговечность полупроводниковых элементов на основании их шумовых параметров. Дальнейшее развитие получили схемы малошумящих предусилителей, многие типы которых применимы как при измерении шумов полупроводниковых приборов и структур, так и при измерении шумов вакуумных приборов с термокатодами. Проектирование усилителей на биполярных транзисторах подразумевает использование специальных типов малошумящих транзисторов и обеспечение наиболее эффективного режима их работы [52,53]. Особенно важной задачей является обеспечение минимального шума входного

каскада путем его согласования с сопротивлением источника сигнала. Применение согласующего трансформатора не всегда приемлемо, особенно если коэффициент трансформации значительно отличается от единицы. При большом числе витков могут сказываться паразитные емкости и сопротивления обмоток, ограничивающие передачу высоких частот. Слишком малая индуктивность первичной обмотки может ограничить передачу низких частот [54]. В случае если сопротивление источника сигнала оказывается меньше, чем оптимальное для каскада, можно применить параллельное включение нескольких транзисторов, что позволит несколько улучшить выходное соотношение сигнал/шум. Примером подобного решения является малошумящий усилитель, построенный по каскодной схеме с четырьмя параллельно соединенными транзисторами по схеме с общим эмиттером на входе [55]. В результате такой реализации получен малошумящий усилитель, способный работать с источником сигнала с сопротивлением порядка 200 Ом, при этом его коэффициент шума на частоте ЮкГц составил 0.5 дБ. Не останавливаясь подробно на вариантах схемотехнической реализации предусилителей на биполярных транзисторах, можно отметить наиболее общий их недостаток - для обеспечения необходимого режима работы транзистора должны применяться резисторы, тепловой шум которых может значительно ухудшить параметры всего устройства в целом.

В Рекомендациях МЭК [56] указывается метод измерения коэффициента шума транзисторов на частотах от нескольких килогерц до 300МГц с помощью сигнального (шумового) генератора. Основой шумового генератора в этой частотной области чаще всего является шумовой вакуумный диод, работающий в режиме насыщения. Напряжение питания подается на исследуемый транзистор, к входу которого подключен шумовой генератор. Сигнал с транзистора поступает на малошумящий предусилитель и аттенюатор, после чего поступает на квадратичный детектор. Измерение коэффициента шума проводится в два этапа: при выключенном генераторе и изъятом из схемы аттенюаторе выходным вольтметром измеряется напряжение, соответствующее опорному уровню шума. Далее в измерительную цепь включается аттенюатор, а шумовая мощность

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шитов, Евгений Михайлович, 2014 год

Список литературы

1. Shottky W. Spontaneous current fluctuation in various conductors// Ann. Phisik, Vol. 57, 1918.- P. 541 - 561

2. Rice S.O. Mathematical analysis of random noise //Bell System Technical Journal, 23: 3, 1944.-P. 282- 332

3. Schonenberger C., Oberholzer S. Shot noise: from Schottky's vacuum tube to present-day quantum devices //Fluctuations and Noise in Materials. Proceedings of the SPIE, Vol. 5469,2004. - P. 233 - 243

4. Johnson J. B. The Schottky effect in low frequency circuits// Phys Rev 26, 71 - 85, 1925

5. Schottky W. Small-Shot Effect and Flicker Effect// Phys. Rev. 28, 74, 1926.

6. Schottky W. Raumladungsschwachung beim schroteffekt und fimkeleffekt // Physica Vol. 4,1. 2, 1937. - P. 175 - 180

7. Williams, F.C. Fluctuation voltage in diodes and in multi-electrode valves// Journal of the Institution of Electrical Engineers, Vol.79 ,1. 477, 1936. - P. 349 - 360

8. Thompson B. J., North D. O., Harris W. A. Fluctuations in space-charge-limited currents at moderately high frequencies: RCA Manufacturing Company, 1941. - P. 135

9. Robinson F. N .H. Space charge smoothing of microwave shot noise in electron beams// Phil. Mag., London, 43, 51, 1952

10. Bell D.A. Fluctuations in space-charge-limited currents// Journ. Inst. Elect. Engn., 89, part III, 1942.-P.207

11. Bell D.A. Thermal fluctuations in space-charge controlled diodes // Journ. Of Electronics, 2, 1957. - P.477

12. Van Wijngaarden J.G., Van Vliet K.M., Van Leeuwen C.J. Low frequency noise in electron tubes: Measurements on triodes under normal operating conditions // Vol. 18,1. 10, 1952.-P. 689-704

13. Van der Ziel, A. Noise: New York (70 Fifth Avenue): Prentice-Hall, Inc., 1954. -P.450

14. Johnson, J.B.; Llewellyn, F.B Limits to Amplification. // BSTJ 14: 1. 1935. - P 85 -96

15. Williams, F.C. Fluctuation voltage in diodes and in multi-electrode valves// Journal of the Institution of Electrical Engineers, Vol.79,1. 477, 1936. - P. 349 - 360

16. Киселев А.Б., Ходневич С.П. Низкочастотные флуктуации эмиссии оксидных катодов// Изв. АНСССР. Сер. Физическая. - 1969. - Т.ЗЗ. - №3. - С.458 - 462

17. Кленер Э.Ю., Амирян Р.А., Воробьев М.Д. Аномальный фликкер-шум ламп с оксидным катодом // Радиотехника и электроника. - 1969. - Т. 14. - №4. - С. 735-737

18. Амирян Р.А. Фликкер - шум оксидного термокатода // Радиотехника и электроника.-1969.- Т.14.-№11.- С.2036- 2041

19. Киселев А.Б., Ходневич С.П., Воронков И.Е. Низкочастотные шумы металлизированных оксидных катодов // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. - 1975.- №6.-С.49- 58

20. Van Vliet K.M.; Johnson, R.R. Flicker noise in oxide cathodes arising from diffusion and drift of ionized donors //Journal of Applied Physics, Vol.35,1. 7. -P.2039- 2051

21. Воронков И.Е., Романовский Ю.М., Ходневич С.П. Шумы эмиссии и шумы проводимости оксидного катода // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ.- 1974.- №8.- С.67 - 75

22. Воробьев М.Д., Клейнер Э.Ю. О природе фликкер - шума оксидных катодов // ЖТФ. - 1975. - Т 65. - №7. - С.1482 - 1485

23. Бейнар К.С., Никонов Б.П. Исследование влияния поверхностных состояний на термоэлектронные свойства окислов щелочноземельных металлов // Известия АНСССР Сер. Физическая. - 1971. - Т. 35. - №2. - С.286 - 290

24. Hannam Н.J. Van Der Ziel A. Anode effect: the influence of electron bombardment of the anode on flicker noise/ IRE Trans. On Electron Dev., 1961, ED-8, №3. -P.230 - 233

25. Nakai J., Inuishi Y., Tsung-Che Y. On the relations between electron emission, conduction and noise of oxide coated cathodes// Journal of the Physical Society of Japan, Vol.10, 1955.-P.437-443

26. Vandamme L. K. J. Noise as a diagnostic tool for quality and reliability of electronic devices// Electron Devices, IEEE Transactions on Vol.41, I. 11, 1994. -P. 2176 -2187

27. Воронков И.Е., Ходневич С.П. Связь эмиссионной неоднородности с низкочастотными шумами эмиссии оксидных катодов// Электронная техника Сер. Электроника СВЧ. - 1973. - №10. - С.92 - 95

28. Воробьев М.Д., Калугин Н.В., Коханов Н.Г., Склизнев С.Р., Смирнов Л.П. Способ контроля качества катодов электронно-лучевых трубок: Авторское свидетельство СССР №318090, 1969

29. Dahlke W., Dlouhy, F.A. Cathode Test Utilizing Noise Measurements//Proceedings of the IRE, Vol.46,1. 9,1958. - P. 1639 - 1645

30. Lau Y.Y., Jensen K.L., Levush B. A comparison of flicker noise and shot noise on a hot cathode// Plasma Science, IEEE Transactions on Vol. 28, 1.3, 2000. - P. 794 -797

31. Brodie I. Emission fluctuations of tungsten barium dispenser cathodes// Journal of applied physics, Vol. 32, №10, 1961

32. Смуллин JI.Д., Хаус Г.А. Шумы в электронных приборах. - М.-Л., Энергия, 1964.-484с.

33. Williams, F.C. The fluctuations of space-charge-limited currents in diodes// The Journal of the institution of electrical engineers, Vol. 88, Part III, №4, 1941

34. Dahlke W., Dlouhy, F.A. Cathode Test Utilizing Noise Measurements//Proceedings of the IRE, Vol.46,1. 9,1958. - P.1639 - 1640

35. Sebestyen L. G. The Evaluation of Oxide-Cathode Quality by Shot-Noise Tests// Journal of the British Institution of Radio Engineers, Vol. 21 ,1.5, 1961- P. 463 -467

36. Bell D. A. Fluctuation noise in partially saturated diodes// Wireless Section, Institution of Electrical Engineers - Proceedings of the Vol.14, I. 41, 1939. - P. 177

- 179

37. Nielsen, E.G., van der Ziel, A.A Multichannel noise spectrum analyzer for 10-10 000 Cycles// Review of Scientific Instruments Vol.25,1. 9, 1954. - P. 899 - 902

38. Research and development on microwave generators, mixing devices, and amplifiers: U.S. Signal Corps Contract DA 36-039-SC-64443, Quart. Rept. 3, Aug. 1955

39. Peter R.W., Direct reading noise -factor measuring systems RCA REV., 12, 269, 1951

40. W.R. Beam, R. D. Hughes Microwave noise source modulator and power supply// Electron Devices, IRE Transactions on Vol.4, 1.2, 185, 1957

41. Коган Ш.М. Низкочастотный токовый шум со спектром 1 /f в твердых телах //УФН 1985. - Т. 145. - №2. - С. 285 - 328

42. Hooge P.N., Vandamme L.K.J. On the origin of 1/f noise// Phis. Semiconductors. 1978. 14th. Sut. Conf. Edinburg, 1979. - P.565 - 568

43. Гончарук H.M., Чайка B.E. Флуктуации заселенности поверхностных ловушек как источник низкочастотных шумов тока диода Ганна// Электронная техника, сер. Электроника СВЧ. - 1991.- №1.- С. 33-37

44. Deferm L., Decoutere S., Claeys С., Declerck G. The influence of the interface trap density on the performance of bipolar devices// Bipolar Circuits and Technology Meeting, Proceedings of the 1989, 18-19 Sep. -P.136 - 139

45. Rucker L.M., Heliums J.R. Low frequency noise characteristics of gallium arsenide MESFETV/Solid state Electronics. 1984. Vol.27.Nl 1. - P.947 - 948

46. Киреев O.A., Румянцев СЛ. О роли поверхности в формировании шума 1/f в п -GaAs/APTn.- 1985.- Т.19.-№11.- С.2080-2083

47. Ван дер Зил А. Флуктуационные явления в полупроводниках. М:-Издательство иностранной литературы, 1961. - 232с.

48. Kleinpenning T.G.M, Vandamme L.K.J. Model for 1/f noise in metal-oxide-semiconductor transistors//Journal of Applied Physics Vol.52, I. 3, 1981. - P. 1594

- 1596

49. Воробьев М.Д., Склизнев C.M., Попов А.И. Использование низкочастотных шумов для оценки качества и надежности диодов Ганна //Электронная техника: Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. -1984.- №5.- С.7-11

50. Воробьев М.Д., Коханов Н.Г., Склизнев С.М., Смирнов Л.П. Использование генерационно-рекомбинационного шума для оценки качества активного слоя диодов Ганна// Труды МЭИ: Разработка, исследование и применение устройств электронной техники. - 1987. - №123. - С. 71 - 78

51. Воробьев М.Д., Коханов Н.Г., Склизнев С.М., Смирнов Л.П. Шумовая спектроскопия как метод неразрушающего контроля и диагностики диодных структур Ганна//Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. - 1991. - №1. -С. 29-33

52. Суходоев И.В. Шумовые параметры транзисторов. - М: - Связь, 1967

53. Шор К.Г. Особенности проектирования малошумящих усилительных каскадов на транзисторах //Радиотехника. - №12. - 1968

54. Жалуд В., Кулешов В.Н. Шумы в полупроводниковых устройствах - М.: Сов. радио, 1977. -416с.

55. Motchenbacher C.D., Fitchen F.С. Low noise electronic design New York, John Wiley and Sons, 1973. - 358 p.

56. IEC, Central Office 47/1955: General principles of measuring methods. 16, Noise, 1967, sept.

57. Peltz G. Die Rauschzahl von HF - eingasstufen automatisch gemessen "Funktechnik", 1967, №14, - S. 512 - 514

58. Hewlet Packard - Noise figure primer. Application Note 57. Palo Alto. California

59. Gupta M. S. Determination of the noise parameters of linear 2 port// Electronics Letters 1970, Vol.6. -P.543 - 544

60. Bachtold W. Noise behavior of Shottky barrier gate field effect transistors at microwave frequencies// Electron Devices, IEEE Transactions on, Vol.18, I. 2, 1971.-P. 97-104

61. Pettai R. Noise in Receiving Systems Wiley-Interscience; ed. 1 August 10, 1984. -273p.

62. Ailtech 7514 precision automatic noise figure indicator. Operation and maintenance manual. Eaton corp., Electronic instrumentation division, Losangeles, California, 90066

63. Eaton 2075 noise-gain analyser. Operation manual. Eaton corp., Electronic instrumentation division, Losangeles, California, 90066, 1985

64. HP 8970 Series Noise Figure Measurement Products. Hewlett-Packard company, 1999

65. Hoover L., Crespo W., Mitsdarffer B. Automated Noise Measurement System for Radar and EW Transmitter Components// Naval Engineers Journal, 02/2011, 123(1).- P. 39-43

66. Воробьев М.Д., Чирков M.H., Шитов E.M. Оценка параметров дефектов термокатодов с использованием системы сбора данных N1 ELVIS: Тезисы конференции 45го Международного научно - методического семинара Флуктуационные и деградационные процессы в полупроводниковых приборах. - М.: МЭИ, 2014

67. Воробьев М.Д., Чирков М.Н., Чубаров В.В., Юдаев Д.Н. Электрофлуктационная диагностика эмитирующей поверхности термокатодов //Электронная техника, сер.1, СВЧ-техника. - Вып.1 (512). - 2012. С. 38 - 50

68. Моргулис Н. Д. //Успехи Физических наук 17. - вып. 4, 1937

69. Милютин В.И. //Успехи физических наук 38. - вып. 3, 1949, С. 377 - 409.

70. Мойжес, Б. Я. Физические процессы в оксидном катоде :М. - Наука, 1968. -479с.

71. Djubua В.Ch., Polivnikova O.V. Influence of the dispenser cathodes surface structure on their emission parameters //Vacuum Electronics Conference, 2009, IVEC '09, IEEE International. - P. 399 - 402

72. Ahmed H., Beck A. H. W. Thermionic Emission from Dispenser Cathodes// Journal of Applied Physics 34, 1963. - P. 997 - 998

73. Дюбуа Б.Ч., Михальченков А.Г., Поливникова O.B., Темирязева М.П. Влияние структуры поверхности металлопористых катодов на их эмиссионные свойства// Электронная техника, сер.1, СВЧ-техника. - Вып.1 (504). - 2010. С. 25-34

74. Yamamoto S. Fundamental physics of vacuum electron sources // Rep. Prog. Phys. 69, 2006.-P.181 -281

75. Swartzentruber P., Balk, J., Tarter, J.O. Work function measurements on coated and uncoated tungsten dispenser cathodes using a Kelvin probe//Vacuum Electronics Conference (IVEC), 2013 IEEE 14th International, 2013. - P.l - 2

76. Nonnenmacher M., O'Boyle M. P., Wickramasinghe H. K. Kelvin probe force microscopy // Appl. Phys. Lett. 58, 1991. - P. 2921 - 2923

77. Кудинцева Г.А., Мельников А.И., Морозов A.B., Никонов Б.П. Термоэлектронные катоды. - М.: Энергия, 1966. - 368с.

78. Eugene В., Hensley Thermionic Emission Constants and Their Interpretation// J. Appl. Phys. Vol. 32, 1961. - P. 301

79. Cattelino, G. Miram. Predicting cathode life expectany and emission quality from PWFD measurements //Applied Surface Science, Volume 111, 1997. - P. 90 - 95

80. Grant, T.J Emission degradation characteristics of coated dispenser cathodes// Electron Devices Meeting, 1986 International, Vol.32. - P.700 - 703

81. Hasker J., Van Hijningen N. C. J. Cathode and scaling properties related to the shape of current-voltage characteristics// Applied Surface Science, Vol. 24, 1985. -P. 318-329

82. Tonnere J.C., Brion D., Palluel P., Shroff A.M. Evaluation of the work function distribution of impregnated cathodes// Applications of Surface Science, Vol. 16, 1983.-P. 238-249

83. Ходневич С. П. Определение эмиссионной неоднородности поверхности реальных катодов по вольтамперным характеристикам //Электроника СВЧ. — №4.-1969

84. Никонов Б.П. Оксидный катод. - М.: Энергия, 1978. - 340с.

85. Масленников О. Ю. Эффективные активируемые термокатоды - М.: МФТИ, 1999.- 128с.

86. Лисс В.В., Эфрос В.Я. Установка и методика измерения эмиссионных характеристик оксидных катодов// Электроника СВЧ. - №10.- 1974. - С. 90-96

87. Wehnelt A. Ann. Physik 14, 425, 1904

88. Thomson В. J. High Efficiencies of Emission from Oxide-Coated Filaments //Physic. Rev., 36, 1930.-P.1415

89. Maddock A I Philos. Mag. 19, 1935. - P. 422

90. Patay E. Frank G. Z. Techn. Physik Vol.16, 1935. - P. 254

91. Heinze W. Ann. Phys. 16, 1933. - P. 41

92. Graffunder, W. Telefunken Hausmitt, 21/84, 1940. - P. 55

93. Hermann G., Wagener P. S. The Oxide coated cathode. Vol.1, London, Chapman & Hall LTD, 1951.-P. 148

94. Мойжес Б. Я. Рутштейн С.Ш. О пробое (искрении) оксидных катодов//ЖТФ. -1971.-т. 41.-№10.-С. 2203

95. Maloney С.Е., Zhang H.L. Surface coverage, work function and poisoning characteristics of a half rhenium coated impregnated scandate cathode // Applications of Surface Science, Vol. 21, 1985. -P. 50 - 64

96. Feaster G. R. Pulse Emission decay phenomenon in oxide coated cathodes journal of applied physics Vol.20, 1949. -P.415

97. Matheson R. M., Nergaard L. S. The Decay and Recovery of the Pulsed Emission of Oxide-Coated Cathodes Journal of Applied Physics Vol. 23, №8, 1952. - P. 869

98. Pulse Generators Louis N. Ridenour, Massachusetts institute of technology New York and London McGraw-Hill book company, inc., 1948. - 74lp.

99. Hadley C. P. Thermionic Emission from oxide-coated tungsten filaments. Technical report № 218. Research laboratory of electronics. Massachusetts Institute of Technology, 1951

100. Дудник JI.A. Испытания Электронных Ламп. - M.: Сов. Радио, 1958 - 232 с.

101. Калашников С.Г., Кубецкий Г.А., Ошер В.Н. Импульсная эмиссия оксидных катодов// Журнал технической физики. - Вып. 16. 1946. - С.1370

102. Дружинин А. Я. Генераторы импульсов с термозависимыми времязадающими элементами. - М.: Энергия, 1973. - 168с.

103. Генератор микросекундных импульсов большой энергии VCS 500М10: Техническое описание. EMCI LTD, Москва

104. Испытательный генератор микросекундных импульсных помех большой энергии ИГМ 4.1: Техническое описание. Научно-производственное предприятие "Прорыв" г. Петрозаводск.

105. UCS 500N5 испытательный генератор для промышленной электроники: Спецификация EMTEST, ООО "ЭМСИ".

106. Рапопорт, А.Н. Луценко, Н.И. Файнберг В.И. Импульсный наносекундный характериограф "Импульс" для диагностирования полупроводниковых приборов// Электронная промышленность. - 1990. - №7. - С. 13

107. Волков В.Н., Ходневич С.П., Павлов А.С., Третьякова М.Г. Автоматизированная установка для измерения эмиссионных характеристик катодов// Электронная промышленность. - 1990. - №7. - С. 27

108. Forman R. Surface studies of thermionic cathodes and the mechanism of operation of an impregnated tungsten cathode// NASA TN D-8295 Lewis Research Center, 1976

109. Воробьев М.Д., Масленников О.Ю., Юдаев Д.Н., Орлова Е.Д., Соловьева Л.А. Электрофлуктуационная диагностика металлопористых катодов// Вакуумная, плазменная и твердотельная электроника. - 2010. - №1. - т.1. -С. 6-12

110. Ван дер Зил А. Шум. Источники, описание, измерение// Пер. с англ. - М.: Сов. Радио, 1973.-228с.

111. Tomlinson Т. В. Space charge reduction of low frequency fluctuations in thermionic emitters// Journal of App. Ph. Vol. 23. № 8, 1952. - P. 894-899

112. Pearson G. L. Fluctuation Noise in Vacuum Tubes// Physics, V. 5, I. 9, 1934. -P. 233-243

113. Гост 19438.15-77 Лампы электронные маломощные. Методы измерения эквивалентного сопротивления шумов-М.: издательство стандартов, 1977

114. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: Т1- М: Мир, 1993 - 413с.

115. LT1028/LT1128 Datasheet. Linear Technology corporation 1992

116. Pullia. A., Zocca. F., Oberlack. U., Olsen. C. A cold low noise preamplifier for use in liquid xenon nuclear science symposium conference record, 2007. NSS '07. IEEE Vol.1.-P. 424-428

117. Deyou Fang, Huikai Xie A Low-Noise Low-Power Preamplifier for Capacitive CMOS-MEMS Gyroscopes// Circuits and Systems, 2006. MWSCAS '06. 49th IEEE International Midwest Symposium on Vol.2. - P. 270 - 274

118. Hallgren, Robert B. Paralleled transconductance ultralow-noise preamplifier// Review of Scientific Instruments Vol.59, I. 9, 1988. - P. 2070 - 2074

119. Neri. В., Pellegrini. В., Saletti R. Ultra low-noise preamplifier for low-frequency noise measurements in electron devices// Instrumentation and Measurement, IEEE Transactions on V.40, I. 1, 1991. - P. 2 - 6

120. Eyre J., Bier J. The evolution of DSP processors// Signal Processing Magazine, IEEE, Vol. 17, I. 2, 2000. - P. 43 - 51

121. Kuo, S.M., Miller G.D. An innovative course on real-time digital signal processing applications// Signals, Systems and Computers, Conference Record of the Twenty-Ninth Asilomar Conference, Vol. 1, 1995

122. Официальный сайт National Instruments [Электронный ресурс]. - 2014. -режим доступа http://www.ni.com/products/

123. Отт Г. Методы подавления шумов и помех в электронных системах. - М.: Мир, 1979.-317с.

124. ГОСТ 16504-81 Испытания и контроль качества продукции, основные термины и определения. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам,1981

125. Дунин-Барковский И.В., Смирнов Н.В. Теория вероятностей и математическая статистика в технике. М.: - Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1955. - 556 с.

126. Чернышов А.А. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. - М: Радио и связь, 1988. - 255с.

127. Чуев Ю.В., Михайлов Ю.Б., Кузьмин В.И. Прогнозирование количественных характеристик процессов. - М.: Сов. радио, 1975. - 400 с.

128. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Исследование зависимостей: Справочное изд. Под ред. С.А. Айвазяна, -Финансы и статистика, 1985. -487 с.

129. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебное

пособие для вузов. - 9е изд. - М.: Высшая школа, 2003. - 479 с.