微波電子線路大作業(yè)教材

1、微波電子線路班級：021113 學(xué)號:02111206姓名：趙書寬肖特基勢壘二極管肖特基勢壘二極管是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成肖特基勢壘而構(gòu)成的一種微波二極管，它對外主要體現(xiàn)出非線性電阻特性， 是構(gòu)成 微波阻性混頻器、檢波器、低噪聲參量放大器、限幅器和微波開關(guān)等 的核心元件結(jié)構(gòu)兩種肖特基勢壘二極管結(jié)點接觸二極管和肖特基表面勢壘二極管（簡稱肖特基勢壘二極管）后者性能優(yōu)于前者，原因是：點接觸管表面不易清潔，針點壓力會造成半導(dǎo)體表面畸變，因而 其接觸勢壘不是理想的肖特基勢壘，受到機械震動時還會產(chǎn)生顫抖噪 聲。但面結(jié)合型管子金半接觸界面比較平整，不暴露而較易清潔，其 接觸勢壘幾乎是理想的肖特基勢壘。不同

2、的點接觸管子生產(chǎn)時壓接壓力不同， 使肖特基結(jié)的直徑不同, 因此性能一致性差，可靠性也差。但面結(jié)合型管子由于采用平面工藝， 因此管子性能穩(wěn)定、一致性好、不易損壞。點接觸型和面結(jié)合型二極管的典型封裝結(jié)構(gòu)可采用炮彈式、同軸式、微帶式等。肖特基勢壘二極管還有其它一些變形：如將點 接觸和平面工藝優(yōu)點結(jié)合起來的觸須式肖特基勢壘二極管，取消管 殼、靠加厚的引線來支撐的梁式引線肖特基勢壘二極管等。一般地，肖特基勢壘二極管的伏安特性可以表示為=f(u) = Ifl exp()-l= Ifiexp(aU)-l()如圖是肖特基勢壘二極管的伏安特性曲線假定二極管兩端的電壓由兩部分構(gòu)成：直流偏壓 錯誤！未找 到引用源。

3、和交流信號錯誤！未找到引用源。二錯誤！未找到引用 源。cos錯誤！未找到引用源。，即就炒一仏卜 )兀器九：(2)代入式(1)，求得時變電流為-. ；fr(Utfc+/1cosd)Lt)根據(jù)式(1)得gft) = ai(t) + IE七 ai(t) = aIEexUdc + oeUL8s如0 1對式(3)進行傅里葉級數(shù)展開：i(t)=錯誤！未找到引用源。父流偏壓的基ln=2lsexp( a I?波電流幅度Ii=Il：Jdc)Ji( a Ul)l /11屮丿匚二工根據(jù)貝塞爾函數(shù)的大宗量近似式，當(dāng) a Ul較大時，有Ide錯誤！未找到引用源。IL錯誤！未找到引用源。二極管對交流信號所呈現(xiàn)的電導(dǎo)為Gl

4、=錯誤！未找到引用源。交流偏壓一定時，Gl隨Ide的增大而增大，借助于Ude來調(diào)節(jié)Ide可以改變Gl的值，使交流信號得到匹配。二.變?nèi)荻O管PN結(jié)的結(jié)電容（主要是勢壘電容）隨著外加電壓的改變而改變，利用這一特性可以構(gòu)成變?nèi)荻O管（簡稱為變?nèi)莨埽?。變?nèi)莨茏鳛榉蔷€性可變電抗器件，可以構(gòu)成參量放大器、參量變頻器、參量倍頻器（諧波發(fā)生器）、可變衰減或調(diào)制器等。結(jié)構(gòu)金屬氧化層、P -N層N+襯襯底 歐姆接觸金歐姆接觸金平面型結(jié)構(gòu)III臺式型結(jié)構(gòu)結(jié)電容可以表示為以下普遍形式:Cj(U)Cj(O)式中：m稱為結(jié)電容非線性系數(shù)，取決于半導(dǎo)體中參雜濃度的分布狀態(tài)給變?nèi)莨芗由现绷髫撈珘篣dc和交流信號（泵浦電壓）

5、u p(t) = U p cos pt ,即卩u(t) =Udc UpCOSpt由上式得時變電容為Cj(t)Cj(O)U de + U p COS pt m1Cj(U dc)(1 pcos pt)m式中：Cj (0)U pCj(Udc)-Ud， p- :： U1 dc mU dc（簡稱相對泵幅），表明泵浦激勵的強度。P=1時，為滿泵工作狀態(tài);p1時，為過泵工作狀態(tài)。典型的工作狀I(lǐng)c t兩種PN結(jié)二極管結(jié)構(gòu)態(tài)是p1且接近于1的欠泵激勵狀態(tài)，不會出現(xiàn)電流及相應(yīng)的電流散 粒噪聲。是周期為泵頻的周期函數(shù)，可以用傅立葉級數(shù)展開為:二 c廣cnejn ptCnCn-nCncnCoC0 C VdcC稱為基波

6、電容，它是基波幅度的一半；Y cn稱為n次諧波電容調(diào)制系數(shù)、參量激勵系數(shù)或泵浦系數(shù)，是表示 變?nèi)莨茉诮涣骷钕路蔷€性特性的一個重要參量。-x求得C0和Y cnC t)Cj 7dc1CojCj V p 曲線yc G/C0P曲線分析變?nèi)莨芴匦詴r，有時也使用倒電容” Sj(t)來表征特性:ASt 2CTSjVde-pe f靜態(tài)工作點倒電容：Sj Vde = 1 VdeS t = J Snejn -Pt= Sosnejn ptC0 吒 C Me )So % Sj Vde ) = 1/C Vde ) - 1/Cocl_ C一 CoSiSo三階越恢復(fù)二極管階躍恢復(fù)二極管(SRD可以看做一種特殊的變?nèi)莨埽?/p>

7、稱階躍 管。利用階躍管由導(dǎo)通恢復(fù)到截止的電流突變可以構(gòu)成窄脈沖輸出， 也可以利用其豐富的諧波制作梳狀頻譜發(fā)生器或高次倍頻器。+P+N金屬:氧化層結(jié)構(gòu)1）階躍管特性:Cj(U)Cj(O)=Cj (0) - Co在反偏時結(jié)電容近似不變，為一個不變的小電容狀態(tài)，近似開路）。正偏時，形成了較大的Oo（處于高阻態(tài)，近似短路）。階躍管相當(dāng)于一個電容開關(guān)。2 ）工作原理（1）大信號交流電壓正半周加在階躍管上時， 處于正D向?qū)?狀態(tài)，階躍管相當(dāng)于一個低阻，階躍管的端壓 u位于PN結(jié)接觸電勢 差r管子中有電流i留過；階躍管相當(dāng)于一個大擴散電容 Cd，交流 信號將對其進行充電，由于空穴在N層的復(fù)合率比較低，因而

8、有大量 的空穴電荷在N區(qū)堆積起來。（2）信號電壓進入負半周，使階躍管內(nèi)部產(chǎn)生的勢壘電場把N 區(qū)內(nèi)儲存的空穴抽回P 層，產(chǎn)生很大的反向電流。這時階躍管仍然 有很大的電容量，故階躍管上的電壓降不能突變，管子中仍然有較大 的電流，呈現(xiàn)出導(dǎo)通和低阻狀態(tài)，因此階躍管端壓仍然正向而且位于r直到正向時存儲的電荷基本清除完。一旦電荷耗盡，反向電流將 迅速下降到反向飽和電流，形成電流階躍。調(diào)整直流偏壓，可以使電 流階躍發(fā)生在反向電流最大值處，而且是交流電壓負半周即將結(jié)束的 時刻。在電流發(fā)生階躍的同時，階躍管兩端將可能發(fā)生很大的脈沖電 壓。（3）大信號交流激勵電壓的下一個周期來臨。 上述過程重復(fù)發(fā) 生，形成與交流

9、激勵電壓周期相同的一個脈沖串序列波形。與混頻、檢波或高速開關(guān)二極管的對比對混頻、檢波或高速開關(guān)二極管來說，其整流特性要求注入少子的壽命要遠小于信號周期。當(dāng)加在二極管上的正向電壓逐漸減小時， 少子濃度將逐漸減小，注入的少子也將很快復(fù)合掉，所以當(dāng)電壓從正 向轉(zhuǎn)為反向時，幾乎已沒有多少剩余的尚未來得及復(fù)合的存儲少子， 因此只形成很小的反向飽和電流，其開關(guān)特性轉(zhuǎn)換幾乎發(fā)生在偏壓由 正向轉(zhuǎn)向反向的同時。由于采取了措施增大了階躍管的少子壽命， 這時少子的復(fù)合速度 跟不上交流電壓的變化，當(dāng)電壓從正向轉(zhuǎn)為反向時，正向注入的儲存 電荷遠未復(fù)合完，由勢壘區(qū)的電場把剩余的儲存少子“吸出” ，由此 形成較大的反向電流，直到儲存電荷基本耗盡，反向電流才陡降為反 向飽和電流。階躍管在交流負半周的相當(dāng)一段時間內(nèi)， 仍然處于“導(dǎo)通