ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА АВТОДИННОГО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ В МНОГОКОНТУРНОМ ГЕНЕРАТОРЕ НА ДИОДЕ ГАННА Введение.
В связи с развитием современных технологий, требующих непрерывного контроля за многими параметрами технологического процесса, состоянием оборудования и параметрами материалов и сред становится всё более актуальной задача создания неразрушающих бесконтактных методов измерения и контроля параметров материалов и сред. Измерения на СВЧ позволяют определить электропроводность, толщину, диэлектрическую проницаемость и другие параметры материалов и сред без разрушения поверхности образца, дают возможность автоматизировать контроль параметров материалов. Для этого в настоящее время широко используются методы, основанные на использовании эффекта автодинного детектирования в полупроводниковых приборах.
Применение эффекта автодинного детектирования в полупроводниковых СВЧ-генераторах для контроля параметров материалов и структур основано на установлении зависимости величины продетектированного СВЧ-сигнала от параметров контролируемых величин: толщины, диэлектрической проницаемости, проводимости [1-6].
Однако, прежде чем создавать конкретный прибор на основе данного эффекта, необходимо провести моделирование его работы. Для этого необходимо рассмотреть принципы действия таких устройств.
При изменении уровня мощности СВЧ-излучения, воздействующего на полупроводниковые элементы с отрицательным сопротивлением, наблюдается изменение режима их работы по постоянному току, что можно понимать как проявление эффекта детектирования. В случае, если прибор с отрицательным сопротивлением является активным элементом СВЧ-генератора наблюдается эффект автодинного детектирования.
Одним из методов, позволяющих провести расчёт величины эффекта автодинного детектирования при реальных параметрах активного элемента и нагрузки, определить области значений контролируемых параметров материалов, в которых чувствительность автодина к их изменению максимальна, наметить пути оптимизации конструкции генератора, является метод, основанный на рассмотрении эквивалентной схемы СВЧ-генератора, в которой комплексная проводимость нагрузки определяется параметрами исследуемого материала и характеристиками электродинамической системы [7, 9].
Целью дипломной работы являлось исследование эффекта автодинного детектирования в многоконтурных СВЧ-генераторах на диоде Ганна для создания измерителей параметров материалов, вибрации и выявления особенностей их работы.
Анализ возможности использования автодинов на полупроводниковых активных СВЧ-элементах для контроля параметров материалов и сред.
При изменении уровня СВЧ-излучения, воздействующего на полупроводниковые элементы с отрицательным сопротивлением, наблюдается изменение постоянного тока, протекающего через них, что можно понимать как проявление эффекта детектирования [2, 7]. Если прибор с отрицательным сопротивлением является активным элементом СВЧ-генератора, этот эффект называют эффектом автодинного детектирования.
Исследование эффекта автодинного детектирования в полупроводниковых СВЧ-генераторах позволило создать устройства, совмещающие несколько радиотехнических функций в одном элементе (например, излучение и приём электромагнитных колебаний). Автодины на полупроводниковых генераторах, получившие к настоящему времени достаточно широкое применение, используются в основном для обнаружения движущихся объектов.
Важной областью применения автодинов является контроль параметров материалов и сред. Применение эффекта автодинного детектирования в полупроводниковых СВЧ-генераторах для контроля параметров материалов и сред основано на установлении зависимостей величины продетектированного СВЧ-сигнала от параметров контролируемых величин: диэлектрической проницаемости и проводимости. Измерения с помощью приборов основаны на сравнение с эталонами, а точность измерения в основном определяется точностью эталонирования. Теоретическое обоснование возможности использования эффекта автодинного детектирования в диодных СВЧ-генераторах для контроля параметров материалов и сред проведено на основе численного анализа. Описание отклика диодного СВЧ-автодина может быть сделано на основе рассмотрения эквивалентной схемы генератора (Рис. 1. 1), в которой комплексная проводимость Ynопределяется параметрами исследуемого материала и характеристиками электродинамической системы, а Yd - средняя проводимость полупроводникового прибора.
Рис. 1. Эквивалентная схема автодина на полупроводниковом диоде.
Эта эквивалентная схема может быть описана соотношением (1. 1), согласно первому закону Кирхгофа.
I1, U1- комплексные амплитуды тока и напряжения первой гармоники на полупроводниковом элементе. Т. к. к обеим проводимостям приложено одно и то же напряжениеU1, можно записать баланс мощностей:
т. е. Ydдолжна иметь отрицательную действительную часть при существовании в системе колебаний с ненулевой амплитудой. Наличие отрицательной проводимости характеризует трансформацию энергии: полупроводниковый элемент потребляет энергию постоянного тока и является источником колебаний ненулевой частоты. Возникновение СВЧ-колебаний в электрической схеме с нелинейным элементом вследствие его детектирующего действия приводит к появлению дополнительной составляющей постоянного тока, то есть возникает так называемый эффект автодинного детектирования [18]. Величина определяется из выражения
Детекторный эффект наблюдается в СВЧ-усилителях на биполярных транзисторах, СВЧ-генераторах на лавинно-пролётных диодах (ЛПД), инжекционно-пролётных диодах (ИПД), туннельных диодах (ТД) и диодах Ганна (ДГ). В данной работе мы рассмотрим использование полупроводниковых диодов в качестве СВЧ-автодинов. Сравнительные характеристики полупроводниковых СВЧ-диодов приведены в таблице 1. Таблица 1. Диод Мощность КПД Смещение Шумы ЛПД десятки ватт до 15% десятки Вольт 25 дБ ИПД десятки милливатт единицы % сотни милливольт около 5 дБ ДГ десятки милливатт - единицы Ватт зависит от режима работы 4. 5-11 Вольт 10-12 дБ ТД единицы и десятки микроватт единицы % сотни милливольт около 5 дБ
Процессы в полупроводниковых приборах описываются тремя основными уравнениями в частных производных [10]: уравнением плотности тока, характеризующим образование направленных потоков заряда; уравнением непрерывности, отражающим накопление и рассасывание подвижных носителей заряда, и уравнением Пуассона, описывающим электрические поля в полупроводнике.
Точное решение этих уравнений с учетом граничных условий в общем виде затруднительно даже на ЭВМ. Чтобы упростить анализ вводят эквивалентные схемы полупроводниковых приборов.
ТД представляют собой приборы, наиболее удобные для анализа, т. к. их эквивалентная схема более проста и точна, чем схемы других полупроводниковых приборов. С практической точки зрения ТД представляет собой интерес при создании маломощных автодинов в коротковолновой части сантиметрового диапазона.
ИПД (BARITT) обладает малой генерируемой мощностью [11], но из-за низкого уровня шумов и малого напряжения питания являются перспективными для допплеровских автодинов.
В работе [12] исследована возможность измерения диэлектрической проницаемости материалов по величине продетектированного работающем в режиме генерации ЛПД сигнала. Использовался генератор волноводной конструкции (канал волновода 23*10 мм. ) с ЛПД типа АА707, установленным в разрыве стержневого держателя. Измерения продетектированного сигнала проводилось компенсационным методом. Исследуемые диэлектрики, с предварительно определёнными значениями диэлектрической проницаемости на СВЧ, прикладывались к отверстию на выходном фланце генератора.
Результаты проведённых исследований показали, что ход зависимости величины продетектированного сигнала от диэлектрической проницаемости зависит от конструкции измерительного генератора, в частности, от расстояния от плоскости расположения ЛПД до открытого конца волновода, к которому прикладывается исследуемых диэлектрик.
ЛПД обеспечивает наибольшие КПД и мощность колебаний. Однако, , в качестве недостатка можно отметить относительно высокий уровень шумов, обусловленный, в первую очередь, шумами лавинообразования.
В ряде работ [2, 3, 17, 18] рассматривается возможность применения СВЧ-генераторов на диоде Ганна для измерения параметров материалов и сред. Отмечается преимущество данного способа измерения: исследуемый образец находится под воздействием СВЧ-мощности, а регистрация измерений производится на низкочастотной аппаратуре, имеющей высокую точность и отличающейся простой в эксплуатации.
В настоящее время разработаны и изготовлены устройства для неразрушающего контроля, принцип действия которых основан на эффекте автодинного детектирования: измерители толщины металлодиэлектрических структур и диэлектрической проницаемости [19, 20]. Наибольшее практическое применение из разработанных приборов нашёл СВЧ толщиномер типа СИТ-40. На рисунке 1. 2 приведена его блок-схема. Рис. 2. Блок-схема СВЧ измерителя толщины.
В состав СВЧ толщиномера СИТ-40, предназначенного для измерения тонких плёнок из любого металла на изолирующей подложке и непроводящих покрытиях, в том числе разнообразных лакокрасочных, нанесённых на металлические поверхности, входит: 1 - СВЧ-датчик, представляющий собой СВЧ-генератор в микрополосковом исполнении и использующий в качестве активного элемента диод Ганна или СВЧ биполярный транзистор; 2 - предварительный усилитель; 3 - блок питания; 4 - система корректировки нуля; 5 - блок индикации.
Для уменьшения влияния дрейфа нуля на результат измерений предложены схемные решения, основанные на компенсации дрейфа его параметров в промежутках между измерениями и использовании напряжения в момент, предшествующий измерению, в качестве опорного в момент измерения [21].
С целью повышения чувствительности и существенного уменьшения веса и потребляемой мощности измерителей исследовалась возможность применения туннельных диодов в качестве активных элементов СВЧ-автодинов [22]. Исследования проводились в экспериментальных измерительных СВЧ-устройствах на серийных диодах типа ГИ 103Б, работавших на частоте 1. 3 Ггц. В качестве детекторных диодов использовались диоды типа Д405. Конструктивно датчики измерительных устройств представляли собой отрезки полосковых линий передачи, выполненных на основе фольгированного фторопласта, в которых размещались генераторные и детекторные диоды, фильтры, НЧ и подстроечные элементы. Разработаны устройства измерения толщины и электропроводности проводящих покрытий, а также толщины и диэлектрической проницаемости для изолирующих материалов. Принцип действия автодинного генератора на полупроводниковом СВЧ-элементе был использован при разработке нового способа контроля толщины плёнок в процессе вакуумного напыления. Для повышения точности измерения в датчике применён СВЧ-выключатель, обеспечивающий кратковременное отклонение генератора от измеряемого объекта [23].
Разработан новый способ радиоволнового контроля вибраций, основанный на использовании двух полупроводниковых СВЧ-генераторов, работающих в режиме автодинного детектирования и обеспечивающих возможность определения не только амплитуды, но и частоты вибраций [24]. Источники зондирующего СВЧ-излучения и одновременно приёмники провзаимодействующего с вибрирующим объектом сигналов представляют собой отрезки стандартных прямоугольных волноводов, которые с одного конца закорочены и имеют регулируемые подстроечные поршни, а другие концы соединены с камерами, изготовленными из металлической ленты, свёрнутой в кольцо. Связь по СВЧ-полю отрезков волновода с каждой камерой осуществляется через прямоугольное волноводное окно. В камерах помещается цилиндрический металлический стержень, перемещение которого внутри этих камер вызывает изменение продетектированного автодинами зондирующего СВЧ-сигнала. Применение в автодинных генераторах диодов Ганна по сравнению с генераторами, использующими другие полупроводниковые активные элементы, позволяет обеспечить преимущества по совокупности таких параметров, как максимальная рабочая частота, выходная мощность, стабильность частоты, потребляемая мощность питания [13].
Экспериментальные исследования эффекта автодинного детектирования в многоконтурном генераторе на диоде Ганна.
Использование эффекта автодинного детектирования в полупроводниковых СВЧ-генераторах позволяет создавать простые в эксплуатации малогабаритные измерители толщины и диэлектрической проницаемости [17, 18]. Для их нахождения используют результаты измерений на нескольких частотах. Осуществление многопараметрового контроля упрощается, если удаётся проводить измерения в условиях, когда на результаты измерений определяющим образом влияет только один из искомых параметров. Такая ситуация, в частности реализуется, если для измерения толщины и диэлектрической проницаемости диэлектриков в этом случае применяются измерители, работающие на различных частотных диапазонах, например СВЧ и НЧ. При проведении измерений на СВЧ результат зависит как от толщины, так и от диэлектрической проницаемости диэлектрика. Если измерения на НЧ проводить используя схему, в которой диэлектрик помещается в зазор между излучателем и металлическим основанием, то результат измерений будет определяться только толщиной диэлектрика и не будет зависеть от его диэлектрической проницаемости. Определив таким образом толщину диэлектрика, по её значению и показателям преобразователя на СВЧ можно определить диэлектрическую проницаемость. Было проведено экспериментальное исследование зависимости величины продетектированного сигнала в автодинном генераторе на диоде Ганна, работающем в различных частотных диапазонах от положения СВЧ короткозамыкающего поршня. Использовался генератор волноводной конструкции с диодом типа АА703, помещённым в разрыв металлического стержневого держателя. К цепи питания диода Ганна через разделительный конденсатор параллельно диоду был подключен низкочастотный контур. Частота СВЧ-колебаний составляла ~10 ГГц, частота низкочастотных колебаний ~10 МГц. Для детектирования низкочастотных колебаний использовался диод типа КД503А. Для контроля СВЧ-колебаний использовался измеритель мощности типа Я2М-66. Кроме того, в ходе экспериментальных исследований регистрировался постоянный ток, протекающий через диод Ганна, по падению напряжения на резисторе с сопротивлением порядка 1 Ом, включённом в цепь питания диода Ганна.
Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 3. 1. Она включает в себя источник питания СВЧ-выключателя 1 для раздельного воздействия сигналами СВЧ и НЧ, источник питания диода Ганна 2, схему обработки информации и индикации 3, детекторный диод 4, разделительный конденсатор 5, СВЧ-выключатель 6, диод Ганна 7, конденсатор низкочастотного колебательного контура 8 и катушку индуктивности 9, располагающейся на поверхности выходного фланца волновода. В результате экспериментальных исследований было обнаружено, что в режиме многочастотной генерации изменение нагрузки в СВЧ-цепи (т. е. изменение положения короткозамыкающего поршня) приводит к изменению сигнала, продетектированному в НЧ-цепи, а изменение нагрузки в НЧ-цепи (т. е. изменение индуктивности или ёмкости) приводит к изменению сигнала в СВЧ-цепи. При этом изменения продетектированных в этих цепях сигналов могут быть как одинакового, так и противоположного знаков. Как следует из результатов, приведённых на Pис. 3. 2, зависимости величины продетектированных в НЧ- и СВЧ-цепях сигналовDUнч и DIсвчот перемещения короткозамыкающего поршня периодичны и имеют локальные максимумы и минимумы. На этом же рисунке приведена зависимость мощности выходного сигналаРCВЧ СВЧ- генератора на диоде Ганна от перемещения короткозамыкающего поршня.
Зависимости величины продетектированных в НЧ (1) и СВЧ (2) цепях сигналов и зависимость мощности выходного сигнала (3) от положения короткозамыкающего поршня. Приложение1. Эквивалентная схема автодина на диоде Ганна. Вольт-амперная характеристика диода Ганна.
Теоретические зависимости величин продетектированных сигналов в СВЧ DUfg (1) и НЧ DUkg (2) цепях.
Приложение2. Текст программы для моделирования процессов в многоконтурном генераторе на диоде Ганна.
{$A+, B-, D-, E-, F-, G-, I+, L+, N+, O-, P-, Q-, R-, S+, T-, V+, X+} program gist_f3; uses crt, graph, AN; label 1, 2; const n=15; q1=1. 6e-19; n123=1e21; c2=0. 03e-12; s123=1e-8; c3=0. 3e-12; mm1=0. 6; c4=0. 8e-12; Lg=1e-5; c5=10e-12; { отсечение НЧ цепи } Eb=4e5; c6=1e-6; T10=300. 0; c7=15e-12; r1=0. 01; l2=0. 2e-9; r3=1; l3=0. 6e-9; r4=0. 0005; l4=0. 01e-9; { крутим } r5=100; l5=100e-9; Eds=3. 8; l6=35e-9; l7=0. 12e-9; ll0=0. 03; {sm} llk=0. 046; maxpoint=1000000000; z0=39. 43e3; TypeFL=EXTENDED; Type ry=array[1...1100]of FL; Type tt=array[1...N]of FL; var sign, g1, sign1, sign2, sign3: ry; oldy1, oldy: array[1...10] of integer; K1, y, f, w: tt;
delta_i, frequency, old_f, old_cur, di, oldc1, oldc2, c1, l1,
sign0, d_visir, bn, iv1, iv11, iv12, x, h, vp1, smax, f0, s0, Vs, Vs1, y1, s1, ppp: FL; mark, count, fcount, point, deltax, fsign, gd, oldx, oldx1, dh, dj,
visir_1, visir_2, visir_3, visir_4, k, aaa, i, ii, iii, phas_x, phas_y: integer; round, fpoint, iii1, loop: longint; visir_f, visir_f1, visir_s, power, size_x, size_y: real; c: char; P: Pointer; Size: Word; s: string; Procedure current; var U: real; { BAX } begin Vs: =eds/(Eb*Lg); Vs1: =Vs*Vs*Vs; Vs: =(1+0. 265*Vs1/(1-T10*5. 3E-4))/(1+Vs1*Vs); Vs: =1. 3E7*Eds*Vs/T10; if y[3] if y[3]>3. 6 then u: =y[3]+2 else begin if f[3]>0 then u: =y[3] else u: =y[3]+2; end; iv12: =sqr(sqr(u/eb/Lg)); iv11: =mm1*u/Lg+vs*iv12; iv1: =q1*n123*s123*iv11/(1+iv12); end; procedure kzp; { КЗП } var ll2: FL; begin l1: =0. 2e-9; c1: =0. 1e-12; llv: =ll0/sqrt(1-sqr(ll0/llk)); z: =z0*Sin(6. 28*lll/llv)/Cos(6. 28*lll/llv); if z ll2: =abs(z)/6. 28e10; l1: =l1*ll2/(l1+ll2); end else c1: =c1+1/(z*6. 28e10); } end; Procedure anna(y: tt; var f1: tt); begin current; f[1]: =(y[6]-y[7]-y[12])/c5; { Uag } f[2]: =(y[7]-y[8]-y[9])/c4; { Ubg } f[3]: =(y[8]-iv1)/c3; { Ucc'} f[4]: =(y[9]-y[4]*r1-y[10])/c1; { Udg } f[5]: =0; { Ueg } f[6]: =(eds-y[1]-y[6]*r4)/l1; { i1 } f[7]: =(y[1]-y[2])/l4; { i2 } f[8]: =(y[2]-y[3]-y[8]*r3)/l3; { i7 } f[9]: =(y[2]-y[11]-y[4])/l2; { i6 } f[10]: =y[4]/l1; { iL1 } f[11]: =y[9]/c2; { Uc2 } f[12]: =(y[1]-y[13]-y[14])/L7; { i3' } f[13]: =y[12]/c6; { Uc6 } f[14]: =(y[12]-y[15]-y[14]/r5)/c7; { Ukg } f[15]: =y[14]/L6; { iL6 } end; procedure an2; { spector } begin XMIN: =0; XMAX: =40; YMIN: =0; YMAX: =100; YGMIN: =25; YGMAX: =200; XGMIN: =350; XGMAX: =630; nx: =4; ny: =5; setcolor(7); OutTextxy(XGMIN, YGMIN-10, 'Спектр тока на диоде'); OutTextxy(XGMAX-50, YGMAX+20, 'f, GHz. '); setcolor(15); moveto(xgmin, ygmax); end; procedure an3; { u, i } begin XMIN: =0; XMAX: =4; YMIN: =-4; YMAX: =10; YGMIN: =240; YGMAX: =420; XGMIN: =50; XGMAX: =630; nx: =8; ny: =7; setcolor(7); OutTextxy(XGMIN, YGMIN-10, 'i7-green, Uag-magenta'); OutTextxy(XGMAX-50, YGMAX+20, 't, ns. '); setcolor(15); end; procedure an4; { phasa i7 } begin XMIN: =-4; XMAX: =8; YMIN: =-15; YMAX: =5; YGMIN: =25; YGMAX: =200; XGMIN: =50; XGMAX: =320; nx: =1; ny: =1; setcolor(7);
OutTextxy(XGMIN, YGMIN-10, 'di7/dt Фаз. портрет тока на диоде'); OutTextxy(XGMAX-50, YGMAX+20, 'i7'); setcolor(15); end; procedure Result; { вычисление и вывод отношения частот } begin if (visir_f>=visir_f1) then begin if (visir_f10) then begin setcolor(0); outtextxy(540, 75, '___________'); setcolor(13); line(540, 70, 620, 70); str((visir_f/visir_f1): 5: 3, s); outtextxy(540, 75, s); end; end else begin if (visir_f0) then begin setcolor(0); outtextxy(540, 75, '___________'); setcolor(13); str((visir_f1/visir_f): 5: 3, s); outtextxy(540, 75, s); end; end; end; procedure v12; { вывод информации физиров 1 и 2 } begin
d_visir: =1e-9*abs(visir_2-visir_1)*(xmax-xmin)/(xgmax-xgmin); setcolor(0); outtextxy(540, 255, '___________'); outtextxy(540, 35, '___________'); setcolor(15); if(d_visir0) then begin an2; line(trunc(visir_s), ygmin, trunc(visir_s), ygmax);
visir_s: =xgmax-trunc((xmax-1/(d_visir*1e9))*(xgmax-xgmin)/(xmax-xmin)); line(trunc(visir_s), ygmin, trunc(visir_s), ygmax); str((1e-9/d_visir): 5: 3, s); outtextxy(540, 35, s+' GHz'); end; str(d_visir*1e9: 5: 4, s); outtextxy(540, 255, s+' ns'); end; BEGIN oldc1: =0; oldc2: =0; gd: =0; InitGraph(gd, gm, 'E: \tp-7\bgi'); an2; scal; an4; scal; an3; scal; setcolor(11); current; kzp; { Начальные условия } dh: =4; dj: =2; x: =0; h: =8e-13; y[1]: =eds; w[1]: =eds; y[3]: =eds; y[6]: =iv1; w[3]: =eds; w[6]: =iv1; y[2]: =eds; y[7]: =iv1; w[2]: =eds; w[7]: =iv1; y[5]: =eds; y[8]: =iv1; w[5]: =eds; w[8]: =iv1; y[4]: =eds; y[6]: =iv1; w[4]: =eds; w[6]: =iv1; y[11]: =eds; y[10]: =0; y[9]: =iv1; w[9]: =iv1; w[11]: =eds; w[10]: =0; y[12]: =0; w[12]: =y[12]; y[13]: =eds; w[13]: =y[13]; y[14]: =0; w[14]: =y[14]; y[15]: =0; w[15]: =y[15]; loop: =1; { номеp pазвеpтки тока } phas_x: =0; phas_y: =0; { сдвиг фазового поpтpета } size_x: =1; size_y: =1; { масштаб фазового портрета } an2; visir_s: =800; visir_3: =xgmin; visir_f: =0; visir_4: =xgmin; visir_f1: =0; an3; visir_1: =xgmin; visir_2: =xgmin; { визиры } count: =1; mark: =0; round: =0; old_cur: =iv1; fcount: =0; fsign: =1; fpoint: =1; frequency: =1e10; old_f: =1e10; Smax: =0; power: =0; oldx: =xgmax-trunc((xmax-0)*(xgmax-xgmin)/(xmax-xmin)); for aaa: =1 to 10 do
oldy[aaa]: =ygmin-trunc((ymax-y[8]*10)*(ygmin-ygmax)/(ymax-ymin)); { Рунге-Кутт } for iii1: =-249 to maxpoint do begin for iii: =0 to 4 do begin anna(y, f); for k: =1 to n do begin K1[k]: =f[k]*h; y[k]: =w[k]+h*f[k]/2; end; x: =x+h/2; anna(y, f); for k: =1 to n do begin K1[k]: =K1[k]+2*f[k]*h; y[k]: =w[k]+f[k]*h/2; end; anna(y, f); for k: =1 to n do begin K1[k]: =K1[k]+2*f[k]*h; y[k]: =w[k]+f[k]*h; end; x: =x+h/2; anna(y, f); for k: =1 to n do begin y[k]: =w[k]+(K1[k]+f[k]*h)/6; w[k]: =y[k]; end; end; { вычисление мощности } power: =power+y[8]*y[2]; { вычисление частоты по изменению знака производной } if fsign > 0 then begin if y[8]-old_cur if fcount = 0 then fpoint: =iii1; fcount: =fcount+1; fsign: =-1; end; end else begin if y[8]-old_cur >= 0 then begin if fcount = 0 then fpoint: =iii1; fcount: =fcount+1; fsign: =1; end; end; old_cur: =y[8]; if fcount = 15 then begin { Частота сигнала } fcount: =1; mark: =1; old_f: =frequency; frequency: =(iii1-fpoint)/(h*4. 2e3 * 5); fpoint: =iii1; power: =power *h*frequency/5; str(power: 5: 4, s); power: =0; setcolor(0); outtextxy(250, 460, ' '); setcolor(11); outtextxy(250, 460, 'Puhf = '+s+' W'); end; { вывод графиков токов и напряжений } if(iii1>0) then begin an3; if(iii1=loop*1000) then begin loop: =loop+1; setfillstyle(0, 0); bar(xgmin+1, ygmin+1, xgmax-1, ygmax-1); scal; setwritemode(XORput); setcolor(15); line(visir_1, ygmin, visir_1, ygmax); line(visir_2, ygmin, visir_2, ygmax); setwritemode(COPYput); str(d_visir*1e9: 5: 4, s); outtextxy(540, 255, s+' ns'); round: =round+1; setcolor(0); outtextxy(50, 460, ' '); str(round*4: 6, s); setcolor(11); outtextxy(50, 460, 'time = '+s+' ns+'); oldx: =xgmax-trunc((xmax-0)*(xgmax-xgmin)/(xmax-xmin)); for aaa: =1 to 10 do
oldy[aaa]: =ygmin-trunc((ymax-y[8]*10)*(ygmin-ygmax)/(ymax-ymin)); end; bn: =x*1e9; y1: =y[1]-1; xg: =xgmax-trunc((xmax-bn)*(xgmax-xgmin)/(xmax-xmin)); xg: =xg-145-580*(loop-1); yg: =ygmin-trunc((ymax-y[8]*10)*(ygmin-ygmax)/(ymax-ymin)); setcolor(10); line(oldx, oldy[1], xg, yg);
oldy[1]: =ygmin-trunc((ymax-y[8]*10)*(ygmin-ygmax)/(ymax-ymin));
{ yg: =ygmin-trunc((ymax-frequency/1e10)*(ygmin-ygmax)/(ymax-ymin)); setcolor(14); line(oldx, oldy[2], xg, yg);
oldy[2]: =ygmin-trunc((ymax-frequency/1e10)*(ygmin-ygmax)/(ymax-ymin)); } yg: =ygmin-trunc((ymax-y1)*(ygmin-ygmax)/(ymax-ymin)); setcolor(13); line(oldx, oldy[3], xg, yg); oldy[3]: =ygmin-trunc((ymax-y1)*(ygmin-ygmax)/(ymax-ymin)); oldx: =xg; end; { phas. portret } if(iii1>0) then begin an4; di: =(y[8]-oldc1)*50*size_y; yg: =ygmax-trunc((ymax-di)*(ygmax-ygmin)/(ymax-ymin));
xg: =xgmin-trunc((xmax-y[8]*15*size_x)*(xgmin-xgmax)/(xmax-xmin)); putpixel(xg+phas_x, yg+phas_y, 10); oldc1: =y[8]; if(iii1 Smax: =Smax+y[8]; sign[iii1]: =y[8]; end else begin Smax: =Smax-sign[1]+y[8]; for i: =1 to 499 do begin sign[i]: =sign[i+1]; end; sign[500]: =y[8]; end; end; if(iii1>249) then begin { control circle } if (mark=1) then begin mark: =0; setcolor(14); circle(xg+phas_x, yg+phas_y, 3); setcolor(10); end; end; { управление экраном } if keypressed=true then begin c: =readkey; case c of { пеpемещение фаз. поpepета } '1': begin an4; setfillstyle(0, 0); bar(xgmin+1, ygmin+1, xgmax-1, ygmax-1); end; '4': begin phas_x: =phas_x-10; an4; Size : = ImageSize(xgmin+1, ygmin+1, xgmax-1, ygmax-1); GetMem(P, Size); GetImage(xgmin+1, ygmin+1, xgmax-1, ygmax-1, P^); setfillstyle(0, 0); bar(xgmin+1, ygmin+1, xgmax-1, ygmax-1); PutImage(xgmin+1-10, ygmin+1, P^, NormalPut); FreeMem(P, Size); scal; end; '6': begin phas_x: =phas_x+10; an4; Size : = ImageSize(xgmin+1, ygmin+1, xgmax-1, ygmax-1); GetMem(P, Size); GetImage(xgmin+1, ygmin+1, xgmax-1, ygmax-1, P^); setfillstyle(0, 0); bar(xgmin+1, ygmin+1, xgmax-1, ygmax-1); PutImage(xgmin+1+10, ygmin+1, P^, NormalPut); FreeMem(P, Size); scal; end; '2': begin phas_y: =phas_y+10; an4; Size : = ImageSize(xgmin+1, ygmin+1, xgmax-1, ygmax-1); GetMem(P, Size); GetImage(xgmin+1, ygmin+1, xgmax-1, ygmax-1, P^); setfillstyle(0, 0); bar(xgmin+1, ygmin+1, xgmax-1, ygmax-1); PutImage(xgmin+1, ygmin+1+10, P^, NormalPut); FreeMem(P, Size); scal; end; '8': begin phas_y: =phas_y-10; an4; Size : = ImageSize(xgmin+1, ygmin+1, xgmax-1, ygmax-1); GetMem(P, Size); GetImage(xgmin+1, ygmin+1, xgmax-1, ygmax-1, P^); setfillstyle(0, 0); bar(xgmin+1, ygmin+1, xgmax-1, ygmax-1); PutImage(xgmin+1, ygmin+1-10, P^, NormalPut); FreeMem(P, Size); scal; end; { пеpеход на вычисление спектpа } 's': begin goto 1; end; { масштаб фаз. поpтpета } '+': begin an4; setfillstyle(0, 0); bar(xgmin+1, ygmin+1, xgmax-1, ygmax-1); size_x: =size_x+0. 1; size_y: =size_y+0. 1; end; '-': begin an4; setfillstyle(0, 0); bar(xgmin+1, ygmin+1, xgmax-1, ygmax-1); size_x: =size_x-0. 1; size_y: =size_y-0. 1; end; end; 2: end; end; { спектр } 1: SETCOLOR(15); an2; f0: =0; Smax: =0; sign0: =0; setcolor(15); for k: =1 to 200 do begin s0: =0; s1: =0; FOR i: =1 to 500 do begin s0: =s0+(sign[i]-sign0)*cos(f0*i*6. 28e-9/250); s1: =s1+(sign[i]-sign0)*sin(f0*i*6. 28e-9/250); end; if k=1 then begin sign0: =s0/500; s0: =0; end; f0: =f0+2e8; g1[k]: =s0*s0+s1*s1; if g1[k]>Smax then Smax: =g1[k]; end; ppp: =s0*s0+s1*s1; f0: =0; { очистка поля и перерисовка визиров и цифр } setfillstyle(0, 0); bar(xgmin+1, ygmin+1, xgmax-1, ygmax-1); scal; setwritemode(XORput); if(d_visir0) then begin line(trunc(visir_s), ygmin, trunc(visir_s), ygmax); str((1e-9/d_visir): 5: 3, s); outtextxy(540, 35, s+' GHz'); end; line(visir_3, ygmin, visir_3, ygmax); setcolor(14); line(visir_4, ygmin, visir_4, ygmax); setwritemode(COPYput); setcolor(11); str(visir_f: 5: 3, s); outtextxy(540, 50, s+' GHz'); setcolor(14); str(visir_f1: 5: 3, s); outtextxy(540, 60, s+' GHz'); Result; { рисование спектра } moveto(xgmin, ygmax); setcolor(10); for k: =1 to 200 do begin xg: =xgmax-trunc((xmax-f0/1e9)*(xgmax-xgmin)/(xmax-xmin));
yg: =ygmin-trunc((ymax-100*g1[k]/SMAX)*(ygmin-ygmax)/(ymax-ymin)); lineto(xg, yg); f0: =f0+2e8; end; { конец спектра } repeat c: =readkey; case c of { перемещение визиров } '9': begin an3; setwritemode(XORput); setcolor(15); line(visir_1, ygmin, visir_1, ygmax); visir_1: =visir_1+1; line(visir_1, ygmin, visir_1, ygmax); v12; setwritemode(COPYput); end; '7': begin an3; setwritemode(XORput); setcolor(15); line(visir_1, ygmin, visir_1, ygmax); visir_1: =visir_1-1; line(visir_1, ygmin, visir_1, ygmax); v12; setwritemode(COPYput); end; '6': begin an3; setwritemode(XORput); setcolor(15); line(visir_2, ygmin, visir_2, ygmax); visir_2: =visir_2+1; line(visir_2, ygmin, visir_2, ygmax); v12; setwritemode(COPYput); end; '4': begin an3; setwritemode(XORput); setcolor(15); line(visir_2, ygmin, visir_2, ygmax); visir_2: =visir_2-1; line(visir_2, ygmin, visir_2, ygmax); v12; setwritemode(COPYput); end; '3': begin an2; setwritemode(XORput); setcolor(11); line(visir_3, ygmin, visir_3, ygmax); visir_3: =visir_3+1; line(visir_3, ygmin, visir_3, ygmax); visir_f: =(visir_3-xgmin)*(xmax-xmin)/(xgmax-xgmin); setcolor(0); outtextxy(540, 50, '___________'); setcolor(11); str(visir_f: 5: 3, s); outtextxy(540, 50, s+' GHz'); setwritemode(COPYput); Result; end; '1': begin an2; setwritemode(XORput); setcolor(11); line(visir_3, ygmin, visir_3, ygmax); visir_3: =visir_3-1; line(visir_3, ygmin, visir_3, ygmax); visir_f: =(visir_3-xgmin)*(xmax-xmin)/(xgmax-xgmin); setcolor(0); outtextxy(540, 50, '___________'); setcolor(11); str(visir_f: 5: 3, s); outtextxy(540, 50, s+' GHz'); setwritemode(COPYput); Result; end; '. ': begin an2; setwritemode(XORput); setcolor(14); line(visir_4, ygmin, visir_4, ygmax); visir_4: =visir_4+1; line(visir_4, ygmin, visir_4, ygmax); visir_f1: =(visir_4-xgmin)*(xmax-xmin)/(xgmax-xgmin); setcolor(0); outtextxy(540, 60, '___________'); setcolor(14); str(visir_f1: 5: 3, s); outtextxy(540, 60, s+' GHz'); setwritemode(COPYput); Result; end; '0': begin an2; setwritemode(XORput); setcolor(14); line(visir_4, ygmin, visir_4, ygmax); visir_4: =visir_4-1; line(visir_4, ygmin, visir_4, ygmax); visir_f1: =(visir_4-xgmin)*(xmax-xmin)/(xgmax-xgmin); setcolor(0); outtextxy(540, 60, '___________'); setcolor(14); str(visir_f1: 5: 3, s); outtextxy(540, 60, s+' GHz'); setwritemode(COPYput); Result; end; ' ': begin goto 2; end; end; until (c='q'); end. { -= EOF =- }
В заключении хочу выразить благодарность доценту кафедры физики твёрдого тела Саратовского госуниверситета Скрипалю Александру Владимировичу и аспиранту той же кафедры Бабаяну Андрею Владимировичу за оказанную помощь и внимательное отношение к выполнению дипломной работы.