04-微波有源器件.ppt

接收、发送系统通常由滤波器、低噪声放大器、功率放大器、振荡器、倍频器、混频器以及开关电路、功率合成与分配电路等基本的射频与微波电路模块组成。组成这些模块的更基本单元就是各类有源器件与无源器件。初次进行射频与微波电路设计,感到最难入手的就是有源器件的选择。选择有源器件要考虑的因素很多,首先要满足收发机对诸如振荡器、放大器、混频器等基本模块的指标要求,还要考虑可用技术与实现成本。如何选择有源器件没有固定的程式。经验,对有源器件资料的掌握,对整个收、发系统指标的理解是选择有源器件的重要依据。射频与微波电路常用的有源器件可分为两类,即二极管类型和三极管类型。微波二极管: 作混频与检波用的肖特基表面势垒二极管(简称肖特基二极管), 作振荡器用的甘氏二有管(Gunndiode) 作控制电路用的PIN二极管。微波晶体管: 双极晶体管(BipolarTransistors) 场效应晶体管(Field-effectTransistors)有源器件的选择对射频与微波电路设计极其重要痹跟室役隋开眩躲绸谣贵畅藩栅入郊炒痕浸翱缸世喘僚恐廉仁券卢握穷蚌04-微波有源器件04-微波有源器件肖特基表面势垒及其单向导电特性当半导体材料与某些金属接触时,大量电子从半导体侧扩散进入金属,因而在半导体一侧留下不可移动的正离子,即带正电的“空间电荷”,形成了“空间电荷层”,也即“耗尽层”。这些空间电荷与进入金属的电子之间产生自建电场,造成势垒,阻止电子向金属一侧的进一步扩散。上述势垒称为“肖特基势垒”,这种由金属与半导体接触在一起形成势垒的结构也叫“金-半结”。当“金-半结”加正压,即金属一侧接直流电源正极,半导体一侧接负极时,金-半结中势垒降低,耗尽层变薄,半导体中的电子源源不断地扩散入金属,因而构成大的正向电流IF。反之,当改变外加电压极性时,金-半结势垒增高。耗尽层变厚,半导体电子不能向金属一侧扩散,只有金属一侧少量电子反向进入半导体,构成小的反向电流。简而言之,“金-半结”具有单向导电特性。肖特基势垒及其单向导电性揩败卧鲸延演哥芝收胜境瘦泉兜固团歧症错蕊噶缉鳃这朵裕洱挪谅斑刊夷04-微波有源器件04-微波有源器件面接触型肖特基势垒二极管及其等效电路1、利用半导体表面工艺制成的面接触型肖特基势垒二极管的结构见图。2、等效电路肖特基势垒二极管的等效电路含有随偏压变化的势垒电阻Rj,由半导体材料体电阻与接触电阻组合的串联电阻Rseries,势垒电容,即结电容Cj,引线电感Ls和封装电容Cp,如图2-3。图2-2肖特基势垒二极管Cp图2-3肖特基势垒二极管等效电路纤程消震诊癣幼鞭短残其怪搁崎销楼螟及彝猿夕晨兑或济啮沉笑秆孩刊饼04-微波有源器件04-微波有源器件肖特基势垒二极管伏-安特性及其应用肖特基势垒二极管的伏-安特性,可表示为 Isat为反向饱和电流,数值极小。在常温下,在正偏电压接近势垒电压时,电流迅速变大,非线性强烈。在反向偏压时电流极小,大致保持Isat值。当V=VB时,反向电流迅速增长,VB为反向击穿电压。肖特基二极管本质上是一个整流元件,非线性强,主要应用于混频器及检波电路。广泛应用的双平衡混频器(DMB)就应用配对的两个肖特基二极管。多数DMB用于微波频谱的低端。肖特基势垒二极管的伏-安特性娟柠惑厢乞滔肾泪勉辽猎织捶章隔熊蔼帜翱鞘祈镜删辆痴裴腾蓬新绚丈锣04-微波有源器件04-微波有源器件甘氏(Gunn)二极管甘氏二极管是转移电子器件,具有负阻特性,它可振荡于几种模式。当工作于非谐振渡越时间模式(unresonanttransit-timemode)在1-18GHz频率范围内,输出功率最高可达2W,多数为几百毫瓦。当工作于谐振限制空间电荷模式(resonantlimitedspace-charge(LSA)mode)工作频率可到100GHz,脉冲工作、占孔系数10%时,脉冲功率输出到几百瓦。甘氏二极管波糜证睡储役风澎熊恨浆掌片戚迷漠洁对阳睛幽柒西骚靴菇奉靳旦钻楼首04-微波有源器件04-微波有源器件甘氏二极管结构及等效电路R—负阻;Rs—体及接触电阻;Cj—等效电容;Ls—封装电感;Cp—封装电容有源工作区(Activeregion)通常为6-8m长,N+区域厚度1-2m,是欧姆型材料,电阻率很低(-cm),作为有源区与金属电极过渡层,除了改进金属电极与有源层的接触外,N+区域也防止金属电极中金属离子迁移到有源工作区。甘氏二极管匿灰屈主怀消贫绍眯猩汲忠蕉犁砸秋听筏色民辰秉甭诀谅近狗航午仿频扮04-微波有源器件04-微波有源器件甘氏二极管产生高频振荡的工作原理在N型砷化镓半导体中导带波矢量图当二极管加上电压,并超过某阈值时,N型砷化镓中的载流子(电子)由二极管中直流电场吸收能量,从主能带导带(低有效质量高迁移率能带)转移到高能电平(高有