《微波有源器件》PPT課件

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1、接收、發(fā)送系統(tǒng)通常由濾波器、低噪聲放大器、功率放大器、振蕩器、倍頻器、混頻器以及開關(guān)電路、功率合成與分配電路等基本的射頻與微波電路模塊組成。組成這些模塊的更基本單元就是各類有源器件與無源器件。初次進行射頻與微波電路設(shè)計，感到最難入手的就是有源器件的選擇。選擇有源器件要考慮的因素很多，首先要滿足收發(fā)機對諸如振蕩器、放大器、混頻器等基本模塊的指標(biāo)要求，還要考慮可用技術(shù)與實現(xiàn)成本。如何選擇有源器件沒有固定的程式。經(jīng)驗，對有源器件資料的掌握，對整個收、發(fā)系統(tǒng)指標(biāo)的理解是選擇有源器件的重要依據(jù)。射頻與微波電路常用的有源器

2、件可分為兩類，即二極管類型和三極管類型。微波二極管：作混頻與檢波用的肖特基表面勢壘二極管（簡稱肖特基二極管），作振蕩器用的甘氏二有管（Gunndiode）作控制電路用的PIN二極管。微波晶體管：雙極晶體管（BipolarTransistors）場效應(yīng)晶體管（Field-effectTransistors）有源器件的選擇對射頻與微波電路設(shè)計極其重要1肖特基表面勢壘及其單向?qū)щ娞匦援?dāng)半導(dǎo)體材料與某些金屬接觸時，大量電子從半導(dǎo)體側(cè)擴散進入金屬，因而在半導(dǎo)體一側(cè)留下不可移動的正離子，即帶正電的“空間電荷”，形成了“空間

3、電荷層”，也即“耗盡層”。這些空間電荷與進入金屬的電子之間產(chǎn)生自建電場，造成勢壘，阻止電子向金屬一側(cè)的進一步擴散。上述勢壘稱為“肖特基勢壘”，這種由金屬與半導(dǎo)體接觸在一起形成勢壘的結(jié)構(gòu)也叫“金-半結(jié)”。當(dāng)“金-半結(jié)”加正壓，即金屬一側(cè)接直流電源正極，半導(dǎo)體一側(cè)接負(fù)極時，金-半結(jié)中勢壘降低，耗盡層變薄，半導(dǎo)體中的電子源源不斷地擴散入金屬，因而構(gòu)成大的正向電流IF。反之，當(dāng)改變外加電壓極性時，金-半結(jié)勢壘增高。耗盡層變厚，半導(dǎo)體電子不能向金屬一側(cè)擴散，只有金屬一側(cè)少量電子反向進入半導(dǎo)體，構(gòu)成小的反向電流。簡而言之，

4、“金-半結(jié)”具有單向?qū)щ娞匦?。肖特基勢壘及其單向?qū)щ娦?面接觸型肖特基勢壘二極管及其等效電路1、利用半導(dǎo)體表面工藝制成的面接觸型肖特基勢壘二極管的結(jié)構(gòu)見圖。2、等效電路肖特基勢壘二極管的等效電路含有隨偏壓變化的勢壘電阻Rj，由半導(dǎo)體材料體電阻與接觸電阻組合的串聯(lián)電阻Rseries，勢壘電容，即結(jié)電容Cj，引線電感Ls和封裝電容Cp，如圖2-3。圖2-2肖特基勢壘二極管Cp圖2-3肖特基勢壘二極管等效電路3肖特基勢壘二極管伏-安特性及其應(yīng)用肖特基勢壘二極管的伏-安特性，可表示為Isat為反向飽和電流，數(shù)值極小。在

5、常溫下，在正偏電壓接近勢壘電壓時，電流迅速變大，非線性強烈。在反向偏壓時電流極小，大致保持Isat值。當(dāng)V=VB時，反向電流迅速增長，VB為反向擊穿電壓。肖特基二極管本質(zhì)上是一個整流元件，非線性強，主要應(yīng)用于混頻器及檢波電路。廣泛應(yīng)用的雙平衡混頻器（DMB）就應(yīng)用配對的兩個肖特基二極管。多數(shù)DMB用于微波頻譜的低端。肖特基勢壘二極管的伏-安特性4甘氏（Gunn）二極管甘氏二極管是轉(zhuǎn)移電子器件，具有負(fù)阻特性，它可振蕩于幾種模式。當(dāng)工作于非諧振渡越時間模式（unresonanttransit-timemode）在1

6、-18GHz頻率范圍內(nèi)，輸出功率最高可達2W，多數(shù)為幾百毫瓦。當(dāng)工作于諧振限制空間電荷模式（resonantlimitedspace-charge(LSA)mode）工作頻率可到100GHz，脈沖工作、占孔系數(shù)10%時，脈沖功率輸出到幾百瓦。甘氏二極管5甘氏二極管結(jié)構(gòu)及等效電路R—負(fù)阻；Rs—體及接觸電阻；Cj—等效電容；Ls—封裝電感；Cp—封裝電容有源工作區(qū)（Activeregion）通常為6-8?m長，N+區(qū)域厚度1-2?m，是歐姆型材料，電阻率很低（0.001?-cm），作為有源區(qū)與金屬電極過渡層，除了

7、改進金屬電極與有源層的接觸外，N+區(qū)域也防止金屬電極中金屬離子遷移到有源工作區(qū)。甘氏二極管6甘氏二極管產(chǎn)生高頻振蕩的工作原理在N型砷化鎵半導(dǎo)體中導(dǎo)帶波矢量圖當(dāng)二極管加上電壓，并超過某閾值時，N型砷化鎵中的載流子（電子）由二極管中直流電場吸收能量，從主能帶導(dǎo)帶（低有效質(zhì)量高遷移率能帶）轉(zhuǎn)移到高能電平（高有效質(zhì)量，低遷移率）的次能帶導(dǎo)帶。7甘氏二極管速度場在室溫并未加外電壓條件下，熱激發(fā)能量大約僅為KT0?0.025電子伏特，這個數(shù)值遠(yuǎn)小于主一次能帶之間的能量間隔。因而不足以使電子從主能帶躍遷到次能帶導(dǎo)帶，電子幾乎

8、全部處于低能態(tài)的主能帶中；當(dāng)外加電壓時，N半導(dǎo)體中形成外加電場，電子從電場中獲得能量，電子漂移速度隨電場增大而加快。電子速度為電子遷移率與外加電場的乘積，其關(guān)系為ve=?E在主能帶-低能帶電子隨著外加電場的增加，從電場獲得更多的能量，速度變快。當(dāng)能量超過0.36電子伏特時，主能帶里電子就會躍遷到次能帶中。電場繼續(xù)增加，越來越多的電子從主能帶躍遷到次能帶，其遷移率下降，因而電子漂移速度下