СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ И ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ В БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

  • К. А. Бойков МИРЭА – Российский технологический университет
Ключевые слова: Биполярный транзистор, сигнальный радиопрофиль, техническая диагностика, корреляционный анализ, радиотехнический узел, свободные колебания

Аннотация

Преимуществом перспективного метода пассивной радиосенсорной технической ди-
агностики (ПР Д) над существующими на сегодняшний день способами определения тех-
нического состояния (виброметрия, тепловой контроль, JTAG-тестирование, оптический
контроль) являются: отсутствие инерции, отсутствие затрат процессорного времени,
отсутствие гальванического контакта с объектом исследования. В современной научнойлитературе практически не уделяется внимания численным моделям электронных уст-
ройств, в том числе на биполярных транзисторах (БП ), которые описывают процесс
колебательного перераспределения энергии и излучения, используемого в ПР Д. Поэтому
целью данного исследования является развитие метода ПР Д посредством разработки,
анализа и сравнения схемотехнической и электродинамической моделей колебательного
перераспределения энергии в БП . В работе представлены и проанализированы упрощен-
ные схемотехническая и электродинамическая модели колебательного перераспределения
энергии в БП . Рассчитаны параметры моделей, получены численные сигнальные радио-
профили (СРП) электрической составляющей электромагнитных излучений, созданных
самим радиоэлектронным узлом, построенном на БП . Показаны способы корректировки
справочных параметров в зависимости от реальных условий включения БП . Установлено,
что взаимная корреляционная функция СРП, полученных в результате схемотехнического и
электродинамического моделирования, не ниже 0,93, что говорит о высоком сходстве
представленных моделей. На практике использование разработанных моделей при анализе
СРП, полученных путем регистрации собственных излучений радиотехнических узлов
электронных устройств, позволит с достаточно высокой точностью определить режим
функционирования БП и его быстродействие. Данный анализ может быть использован в
ПР Д, указывая на неисправности сигнальных цепей, либо на деградацию параметров са-
мого элемента на ранних стадиях.

Литература

1. Eremenko V.T. Tekhnicheskaya diagnostika elektronnykh sredstv [Technical diagnostics of
electronic means]. Orel: FGBOU VPO «Gosuniversitet - UNPK», 2012, 157 p.
2. Boykov K.A., Kostin M.S., Kulikov G.V. Radiosensornaya diagnostika tselostnosti signalov
vnutriskhemnoy i periferiynoy arkhitektury mikroprotsessornykh ustroystv [Radiosensory diagnostics
of signal integrity of in-circuit and peripheral architecture of microprocessor devices],
Rossiyskiy tekhnologicheskiy zhurnal [Russian Technological Journal], 2021, No. 9 (4),
pp. 20-27. Available at: https://doi.org/10.32362/2500-316X-2021-9-4-20-27.
3. Boykov K.A., Kostin M.S. Metod radiosensornoy tekhnicheskoy diagnostiki mikroprotsessornykh
ustroystv [Method of radiosensory technical diagnostics of microprocessor devices], Novye
tekhnologii vysshey shkoly. Nauka, tekhnika, pedagogika: Mater. Vserossiyskoy nauchnoprakticheskoy
konferentsii «Nauka – Obshchestvo – Tekhnologii – 2021» (Rossiya, Moskva, 26
marta 2021 goda) [New technologies of higher education. Science, technology, pedagogy: Materials
of the All-Russian Scientific and Practical Conference "Science - Society - Technologies - 2021"
(Russia, Moscow, March 26, 2021)]. Moscow: Moskovskiy Politekh, 2021, pp. 119-123.
4. Boykov K.A. Metod radiovolnovoy autentifikatsii mikroprotsessornykh ustroystv: pat. 2755153
Ros. Federatsii MPK H04L 9/32 [Method of radio wave authentication of microprocessor devices:
pat. 2755153 Ros. IPC Federation H04L 9/32], applicant and copyright holder Boykov
K.A. No. 2021103796; announced on 16.02.2021; published on 13.09.2021, Bull. No. 26.
5. Evstifeev A.V. Mikrokontrollery AVR semeystv Mega. Rukovodstvo pol'zovatelya [AVR microcontrollers
of the Mega family. User Manual.]. Moscow: DMK, 2015, 588 p.
6. Boykov K.A. Opredelenie parametrov elektronnykh ustroystv metodom passivnoy radiosensornoy
tekhnicheskoy diagnostiki [Determination of parameters of electronic devices by the method of passive
radiosensory technical diagnostics], Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy Rossii.
Radioelektronika [News of higher educational institutions of Russia. Radio electronics], 2021,
No. 24 (6), pp. 63-70. Available at: https://doi.org/10.32603/1993-8985-2021-24-6-63-70.
7. Ravi Shankar Reddy G., Rameshwar Rao. Oscillatory-Plus-Transient Signal Decomposition
Using TQWT and MCA, Journal of electronic science and technology, June 2019, Vol. 17,
No. 2, pp. 135-151.
8. Khvalin A. L. Modeling 2T937 Bipolar Transistors Based on Experimental Static and Frequency
Characteristics, Measurement Techniques, 2018, Vol. 61, No. 8, pp. 831-835. DOI:
10.1007/s11018-018-1510-6.
9. Wang J. Liang S. [et al.]. An improved SPICE model of SiC BJT incorporating surface recombination
effect, IEEE Transactions on Power Electronics, 2019, Vol. 34, No 7, pp. 6794-
6802. DOI: 10.1109/TPEL.2018.2871594.
10. Gu J. Gaspard P. Counting statistics and microreversibility in stochastic models of transistors,
Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment, 2020, Vol. 2020, No. 10, pp. 103206.
– DOI: 10.1088/1742-5468/abbcd5.
11. Evangeline C.S. Lenin A. Human health monitoring using wearable sensor, Sensor Review,
2019, Vol. 39, No. 3, pp. 364-376. DOI: 10.1108/SR-05-2018-0111.
12. Fairchild semiconductor BC546/547/548/549/550 datasheets. Available at: https://www.
sparkfun.com /datasheets/Components/BC546.pdf (accessed 16 January 2022).
13. Vostokov N.V., Revin M.V., Shashkin V.I. Microwave detector diodes based on InGaAs/
AlGaAs/GaAs heterostructures, Journal of Applied Physics, 2020, Vol. 127, No. 4, pp. 044503.
DOI: 10.1063/1.5131737.
14. Razevig V.D. Sistema skvoznogo proektirovaniya elektronnykh ustroystv Design Lab 8.0 [The
system of end-to-end design of electronic devices Design Lab 8.0]. Moscow: Solon, 1999, 698 p.
15. Kizimenko V.V., Ulanouski A.V. Comparative analysis of the various resonator models in the input
impedance calculation of the microstrip antennas, Telecommunications and Signal Processing
(TSP), 2016: Matherials of 39-th International Conference (Vienna, June 27-29, 2016).
16. Boykov K.A. Modelirovanie i analiz kolebatel'nogo pereraspredeleniya energii pri sobstvennykh
elektromagnitnykh izlucheniyakh v klyuchevykh radioelektronnykh skhemakh na MOPtranzistorakh
[Modeling and analysis of the vibrational redistribution of energy with its own electromagnetic
radiation in key electronic circuits on MOSFETs], Zhurnal radioelektroniki [Journal
of Radio Electronics], 2021, No. 6. Available at: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.6.14
(accessed 25 November 2021).
17. Nauchno-tekhnicheskiy portal po radioelektronike “RadioProg”. Razdel «Kal'kulyatory» [Scientific
and technical portal on radio electronics "RadioProg". Section "Calculators"]. Available
at: https://radioprog.ru/calculator/list (accessed 11 January 2022).
18. Zemlyanukhin P.A. Issledovanie kharakteristik umnozhitelya chastoty garmonicheskikh
kolebaniy na baze ogranichitelya napryazheniya [nvestigation of the characteristics of a harmonic
frequency multiplier based on a voltage limiter], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki
[Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2017, No. 5 (190), pp. 90-102.
19. Tkachenko F.A. Elektronnye pribory i ustroystva [Electronic devices and devices]. Moscow:
Infra-M, 2018, 156 p.
20. Basharin S.A. Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki [Theoretical foundations of electrical
engineering]. Moscow: Akademiya, 2018, 192 p.
21. Bankov S.E., Gribanov A.N., Kurushin A.A. Elektrodinamicheskoe modelirovanie antennykh i
SVCh struktur s ispol'zovaniem FEKO [Electrodynamic modeling of antenna and microwave
structures using FEKO]. Moscow: One-Book, 2013, 423 p.
22. Bankov S.E., Kurushin A.A. Raschet izluchaemykh struktur s pomoshch'yu FEKO [Calculation
of radiated structures using FEKO]. Moscow: ZAO «NPP «RODNIK», 2008, 246 p.
23. Grigor'ev A.D. Metod vychislitel'noy elektrodinamiki [Method of computational electrodynamics].
Moscow: Fizmatlit, 2012, 432 p.
24. Akhiyarov V.V. Ispol'zovanie integral'nogo i differentsial'nogo metodov teorii difraktsii dlya
prognoza napryazhennosti polya nad zemnoy poverkhnost'yu [The use of integral and differential
methods of diffraction theory to predict the field strength above the Earth's surface],
Elektronnoe nauchno-tekhnicheskoe izdanie «Nauka i Obrazovanie», 2011 [Electronic scientific
and technical publication "Science and Education", 2011].
25. Boykov K.A. Razrabotka i issledovanie sistemy radioimpul'snoy regeneratsii dlya ustroystv
vysokoskorostnoy stroboskopicheskoy otsifrovki [Development and research of a radio pulse regeneration
system for high-speed stroboscopic digitization devices], Zhurnal radioelektroniki
[Journal of Radio Electronics], 2018, No. 3. Available at: http://jre.cplire.ru /jre/mar18/6/text.pdf.
(accessed 11 January 2022).
26. Kostin M.S., Shil'tsin A.V. Modelirovanie radiofotonnykh povtoriteley subnanosekundnykh signalov
s drobnym mul'tipleksirovaniem [Modeling of radiophoton repeaters of subnanosecond signals with
fractional multiplexing], Sb. tr. IV mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konf. «Aktual'nye
problemy i perspektivy razvitiya radiotekhnicheskikh i infokommunikatsionnykh sistem
(«Radioinfokom-2019») [Proceedings of the IV International Scientific and practical Conference
"Actual problems and prospects of development of radio engineering and infocommunication systems
("Radioinfocom-2019")]. Moscow: MIREA – Rossiyskiy tekhnologicheskiy universitet, 2019,
pp. 257-260.
Опубликован
2022-03-02
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ I. СОВРЕМЕННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЗАДАЧАХ УПРАВЛЕНИЯ И МОДЕЛИРОВ