Mikrowellentechnik - Komponenten

In diesem Kapitel werden wir die Mikrowellenkomponenten wie Mikrowellentransistoren und verschiedene Arten von Dioden diskutieren.

Mikrowellentransistoren

Es besteht die Notwendigkeit, spezielle Transistoren zu entwickeln, um die Mikrowellenfrequenzen zu tolerieren. Daher für Mikrowellenanwendungen,silicon n-p-n transistorsdie ausreichende Leistungen bei Mikrowellenfrequenzen liefern können, wurden entwickelt. Sie haben typischerweise 5 Watt bei einer Frequenz von 3 GHz mit einer Verstärkung von 5 dB. Eine Querschnittsansicht eines solchen Transistors ist in der folgenden Figur gezeigt.

Aufbau von Mikrowellentransistoren

Ein n Typ Epitaxieschicht wird aufgewachsen n+Substrat, das den Kollektor bildet. DaraufnRegion wird eine SiO2-Schicht thermisch gezüchtet. EINp-base und stark dotiert n-emitterssind in die Basis diffundiert. Öffnungen sind in Oxid für ohmsche Kontakte gemacht. Die Verbindungen werden parallel hergestellt.

Solche Transistoren haben eine Oberflächengeometrie, die entweder als interdigitalisiert, überlagert oder als Matrix kategorisiert ist. Diese Formulare sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

Leistungstransistoren verwenden alle drei Oberflächengeometrien.

Kleine Signaltransistoren verwenden eine interdigitalisierte Oberflächengeometrie. Die interdigitalisierte Struktur eignet sich für Kleinsignalanwendungen im L-, S- und C-Band.

Die Matrixgeometrie wird manchmal als Netz- oder Emittergitter bezeichnet. Überlagerungs- und Matrixstrukturen sind als Leistungsgeräte in den UHF- und VHF-Regionen nützlich.

Betrieb von Mikrowellentransistoren

In einem Mikrowellentransistor sind anfänglich die Emitter-Basis- und Kollektor-Basis-Übergänge in Sperrrichtung vorgespannt. Beim Anlegen eines Mikrowellensignals wird der Emitter-Basis-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Wenn einp-n-pTransistor wird in Betracht gezogen, das Anlegen einer positiven Signalspitze, die den Emitter-Basis-Übergang vorwärts vorspannt, wodurch die Löcher zur dünnen negativen Basis driften. Die Löcher beschleunigen weiter zum negativen Anschluss der Vorspannung zwischen dem Kollektor und den Basisanschlüssen. Eine am Kollektor angeschlossene Last empfängt einen Stromimpuls.

Festkörpergeräte

Die Klassifizierung von Festkörper-Mikrowellengeräten kann erfolgen -

• Abhängig von ihrem elektrischen Verhalten

  • Nichtlinearer Widerstandstyp.

    Beispiel - Varistoren (variable Widerstände)

  • Nichtlinearer Reaktanztyp.

    Beispiel - Varaktoren (variable Reaktoren)

  • Typ mit negativem Widerstand.

    Beispiel - Tunneldiode, Impattdiode, Gunn-Diode

  • Steuerbarer Impedanztyp.

    Beispiel - PIN-Diode

• Abhängig von ihrer Konstruktion
  • Punktkontaktdioden
  • Schottky-Sperrdioden
  • Metalloxid-Halbleiterbauelemente (MOS)
  • Metallisolationsvorrichtungen

Die hier erwähnten Diodentypen haben viele Verwendungszwecke wie Verstärkung, Detektion, Stromerzeugung, Phasenverschiebung, Abwärtsumwandlung, Aufwärtsumwandlung, Begrenzungsmodulation, Schalten usw.

Varaktordiode

Eine spannungsvariable Kapazität eines in Sperrrichtung vorgespannten Übergangs kann als Varactor-Diode bezeichnet werden. Die Varaktordiode ist eine Halbleitervorrichtung, bei der die Sperrschichtkapazität in Abhängigkeit von der Sperrvorspannung der Diode variiert werden kann. Die CV-Eigenschaften einer typischen Varactor-Diode und ihre Symbole sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die Sperrschichtkapazität hängt von der angelegten Spannung und dem Sperrschichtdesign ab. Wir wissen das,

$$ C_j \: \ alpha \: V_ {r} ^ {- n} $$

Wo

• $ C_j $ = Sperrschichtkapazität

• $ V_r $ = Sperrspannung

• $n$ = Ein Parameter, der die Art der Verbindung bestimmt

Wenn der Übergang in Sperrrichtung vorgespannt ist, erschöpfen die mobilen Träger den Übergang, was zu einer gewissen Kapazität führt, bei der sich die Diode als Kondensator verhält, wobei der Übergang als Dielektrikum wirkt. Die Kapazität nimmt mit zunehmender Sperrvorspannung ab.

Die Einkapselung der Diode enthält elektrische Leitungen, die an dem Halbleiterwafer angebracht sind, und eine Leitung, die an dem Keramikgehäuse angebracht ist. Die folgende Abbildung zeigt, wie eine Mikrowellen-Varactor-Diode aussieht.

Diese sind in der Lage, große Leistungen und große Sperrspannungen zu verarbeiten. Diese sind geräuscharm. Obwohl die Variation der Sperrschichtkapazität ein wichtiger Faktor bei dieser Diode ist, sind parasitäre Widerstände, Kapazitäten und Leitfähigkeiten mit jeder praktischen Diode verbunden, die niedrig gehalten werden sollte.

Anwendungen der Varaktordiode

Varaktordioden werden in den folgenden Anwendungen verwendet -

• Up Conversion
• Parametrischer Verstärker
• Impulserzeugung
• Pulsformung
• Schaltkreise
• Modulation von Mikrowellensignalen

Schottky Barrier Diode

Dies ist eine einfache Diode, die eine nichtlineare Impedanz aufweist. Diese Dioden werden hauptsächlich zur Mikrowellendetektion und zum Mischen verwendet.

Aufbau einer Schottky-Barrierediode

Ein Halbleiterpellet ist auf einer Metallbasis montiert. Ein federbelasteter Draht ist mit einer scharfen Spitze mit diesem Siliziumpellet verbunden. Dies kann leicht in Koaxial- oder Wellenleiterleitungen montiert werden. Die folgende Abbildung gibt ein klares Bild der Konstruktion.

Betrieb der Schottky Barrier Diode

Durch den Kontakt zwischen dem Halbleiter und dem Metall wird ein Verarmungsbereich gebildet. Der Metallbereich hat vergleichsweise eine geringere Verarmungsbreite. Bei Kontakt tritt ein Elektronenfluss vom Halbleiter zum Metall auf. Diese Verarmung baut eine positive Raumladung im Halbleiter auf und das elektrische Feld wirkt einem weiteren Fluss entgegen, was zur Bildung einer Barriere an der Grenzfläche führt.

Während der Vorwärtsvorspannung wird die Barrierehöhe verringert und die Elektronen werden in das Metall injiziert, während während der Rückwärtsvorspannung die Barrierehöhe zunimmt und die Elektroneninjektion fast stoppt.

Vorteile der Schottky Barrier Diode

Dies sind die folgenden Vorteile.

• Kostengünstig
• Simplicity
• Reliable
• Rauschwerte 4 bis 5 dB

Anwendungen der Schottky-Barrier-Diode

Dies sind die folgenden Anwendungen.

• Geräuscharmer Mischer
• Ausgeglichener Mischer im Dauerstrichradar
• Mikrowellendetektor

Gunn-Effekt-Geräte

JB Gunn entdeckte periodische Stromschwankungen, die durch die n-type GaAsProbe, wenn die angelegte Spannung einen bestimmten kritischen Wert überschreitet. In diesen Dioden gibt es zwei Täler,L & U valleysim Leitungsband und der Elektronentransfer findet zwischen ihnen in Abhängigkeit vom angelegten elektrischen Feld statt. Dieser Effekt der Populationsinversion vom unteren L-Tal zum oberen U-Tal wird als bezeichnetTransfer Electron Effect und daher werden diese als bezeichnet Transfer Electron Devices (TEDs).

Anwendungen von Gunn-Dioden

Gunn-Dioden werden häufig in den folgenden Geräten verwendet:

• Radarsender
• Transponder in der Flugsicherung
• Industrielle Telemetriesysteme
• Leistungsoszillatoren
• Logikschaltungen
• Breitband-Linearverstärker