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Publication
Electronic and optoelectronic circuits based on resonant tunneling diodes
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 3.34 MB | Adobe PDF |
Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
This thesis presents the studies of resonant tunneling diode (RTD), RTD-PhotoDetector
(RTD-PD) and RTD-LaserDiode (RTD-LD) circuits and the implementation of their models
into SIMULINK and the building of a framework on MATLAB, which allows these models
to be simulated easily and without programming skills.
The objective is to develop a tool capable of making it easy to study the circuits and
their applicability as RF modulators / demodulators and wireless to optical and vice-versa
transceivers.
On a rst phase, it was necessary to perform an extensive study on the RTD circuits
components which include the double barrier quantum well (at the RTD device level), the resultant
characteristic curve, small-signal models, stability conditions and the light-sensitivity.
Afterwards, the focus was made one studying the semiconductor laser diode (LD), its
structure, rate equations and responses in both time and frequency domain.
On a second phase, RTD and LD models were implemented into SIMULINK through
block diagrams which obey to the RTD circuit di erential equations and LD rate equations;
these are then integrated into the RTD, RTD-PD and RTD-LD circuit models.
A third phase comprehended the implementation of the MATLAB framework, it included
an analysis to the graphical user interface (GUI) developed and its functions/characteristics.
Then the simulation results analysis begins with the simulation of circuits performing
amplitude modulation (on-o keying) and frequency modulation (an high-frequency carrier
with signal at lower frequency) and validated with PSPICE. Followed by the RTD-LD and
RTD-PD simulation results analysis.
To nish some conclusions are taken and eventual consequences of this project noted.
Esta tese tem o intuito de estudar circuitos baseados em diodos de tunel resonante (RTD), RTD que atuam como fotodetetores (RTD-PD) e RTD integrados com diodos de laser (RTDLD), integrar os seus modelos em SIMULINK e construir uma interface em MATLAB que permita simular estes modelos facilmente e sem necessidade de programar. O objetivo é desenvolver uma ferramenta que torne mais fácil estudar estes circuitos e a sua aplicabilidade como moduladores, desmoduladores e trandutores de sinal elétrico (radiofrequência sem os) para ótico e vice-versa. Numa primeira fase, foi necessário fazer um estudo intenso nos componentes dos circuitos baseados em RTD, os quais incluem o poço quantico com dupla barreira (DBQW), a curva característica resultante, os modelos de pequeno sinal, as condições de estabilidade e a sensibilidade á luz (da qual resulta o RTD-PD). Após isto, o estudo foi dedicado ao díodo de laser (LD), á sua estrutura, equações das taxas e respostas nos domínios do tempo e frequência. Na segunda fase, os modelos do RTD e LD foram implementados em SIMULINK através dos diagramas de blocos que obedecem ás equações diferenciais do circuito do RTD e ás equações das taxas do LD; estes são então integrados em modelos para o RTD, RTD-PD e RTD-LD. A terceira fase compreende a implementação da interface do MATLAB, é feita uma análise á interface grá ca do utilizador (GUI) desenvolvida e ás suas funções/caracteristícas. Posto esta, a quarta fase começou a análise de resultados da simulação dos circuitos empregando modulação em amplitude (on-o keying), em frequência (uma portadora de alta frequência com um sinal a frequência inferior) e validação dos mesmos através do PSPICE. Posteriormente foi feita a análise de resultados para o RTD-PD e RTD-LD. Para nalizar foram notadas algumas conclusões e eventuais consequências deste projeto.
Esta tese tem o intuito de estudar circuitos baseados em diodos de tunel resonante (RTD), RTD que atuam como fotodetetores (RTD-PD) e RTD integrados com diodos de laser (RTDLD), integrar os seus modelos em SIMULINK e construir uma interface em MATLAB que permita simular estes modelos facilmente e sem necessidade de programar. O objetivo é desenvolver uma ferramenta que torne mais fácil estudar estes circuitos e a sua aplicabilidade como moduladores, desmoduladores e trandutores de sinal elétrico (radiofrequência sem os) para ótico e vice-versa. Numa primeira fase, foi necessário fazer um estudo intenso nos componentes dos circuitos baseados em RTD, os quais incluem o poço quantico com dupla barreira (DBQW), a curva característica resultante, os modelos de pequeno sinal, as condições de estabilidade e a sensibilidade á luz (da qual resulta o RTD-PD). Após isto, o estudo foi dedicado ao díodo de laser (LD), á sua estrutura, equações das taxas e respostas nos domínios do tempo e frequência. Na segunda fase, os modelos do RTD e LD foram implementados em SIMULINK através dos diagramas de blocos que obedecem ás equações diferenciais do circuito do RTD e ás equações das taxas do LD; estes são então integrados em modelos para o RTD, RTD-PD e RTD-LD. A terceira fase compreende a implementação da interface do MATLAB, é feita uma análise á interface grá ca do utilizador (GUI) desenvolvida e ás suas funções/caracteristícas. Posto esta, a quarta fase começou a análise de resultados da simulação dos circuitos empregando modulação em amplitude (on-o keying), em frequência (uma portadora de alta frequência com um sinal a frequência inferior) e validação dos mesmos através do PSPICE. Posteriormente foi feita a análise de resultados para o RTD-PD e RTD-LD. Para nalizar foram notadas algumas conclusões e eventuais consequências deste projeto.
Description
Dissertação de mestrado, Engenharia Electrónica e Telecomunicações, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2017
Keywords
Circuitos (opto)eletrónicos Díodos de laser Díodos de túnel ressonante Memória Osciladores de alta frequência