Génie micro-ondes - Composants

Dans ce chapitre, nous discuterons des composants micro-ondes tels que les transistors micro-ondes et les différents types de diodes.

Transistors micro-ondes

Il est nécessaire de développer des transistors spéciaux pour tolérer les fréquences micro-ondes. Par conséquent pour les applications micro-ondes,silicon n-p-n transistorsqui peuvent fournir des puissances adéquates aux fréquences micro-ondes ont été développés. Ils ont généralement 5 watts à une fréquence de 3 GHz avec un gain de 5 dB. Une vue en coupe d'un tel transistor est représentée sur la figure suivante.

Construction de transistors hyperfréquences

Un n type couche épitaxiale est cultivée sur n+substrat constituant le collecteur. Sur cenrégion, une couche de SiO2 est développée thermiquement. UNEp-base et fortement dopé n-emitterssont diffusés dans la base. Les ouvertures sont réalisées en oxyde pour les contacts ohmiques. Les connexions se font en parallèle.

Ces transistors ont une géométrie de surface classée comme étant interdigitée, superposée ou matricielle. Ces formulaires sont illustrés dans la figure suivante.

Les transistors de puissance utilisent les trois géométries de surface.

Les petits transistors de signal utilisent une géométrie de surface interdigitée. La structure interdigitée convient aux applications de petits signaux dans les bandes L, S et C.

La géométrie de la matrice est parfois appelée maillage ou grille d'émetteur. Les structures Overlay et Matrix sont utiles comme dispositifs d'alimentation dans les régions UHF et VHF.

Fonctionnement des transistors hyperfréquences

Dans un transistor hyperfréquence, initialement les jonctions émetteur-base et collecteur-base sont polarisées en inverse. Lors de l'application d'un signal hyperfréquence, la jonction émetteur-base devient polarisée en direct. Si unp-n-ptransistor est considéré, l'application d'un pic positif de signal, polarise en direct la jonction émetteur-base, faisant dériver les trous vers la base négative mince. Les trous accélèrent en outre vers la borne négative de la tension de polarisation entre le collecteur et les bornes de base. Une charge connectée au collecteur, reçoit une impulsion de courant.

Dispositifs à semi-conducteurs

La classification des appareils à micro-ondes à semi-conducteurs peut être effectuée -

• En fonction de leur comportement électrique

  • Type de résistance non linéaire.

    Exemple - Varistances (résistances variables)

  • Type de réactance non linéaire.

    Exemple - Varactors (réacteurs variables)

  • Type de résistance négative.

    Exemple - Diode tunnel, diode Impatt, diode Gunn

  • Type d'impédance contrôlable.

    Exemple - diode PIN

• En fonction de leur construction
  • Diodes de contact ponctuel
  • Diodes barrières Schottky
  • Dispositifs à semi-conducteurs à oxyde métallique (MOS)
  • Dispositifs d'isolation en métal

Les types de diodes que nous avons mentionnés ici ont de nombreuses utilisations telles que l'amplification, la détection, la génération d'énergie, le déphasage, la conversion descendante, la conversion ascendante, la modulation de limitation, la commutation, etc.

Diode Varactor

Une capacité variable de tension d'une jonction polarisée en inverse peut être appelée diode Varactor. La diode varactor est un dispositif semi-conducteur dans lequel la capacité de jonction peut être modifiée en fonction de la polarisation inverse de la diode. Les caractéristiques CV d'une diode Varactor typique et ses symboles sont illustrées dans la figure suivante.

La capacité de jonction dépend de la tension appliquée et de la conception de la jonction. Nous savons que,

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

Où

• $ C_j $ = Capacité de jonction

• $ V_r $ = tension de polarisation inverse

• $n$ = Un paramètre qui décide du type de jonction

Si la jonction est polarisée en inverse, les porteurs mobiles appauvrissent la jonction, ce qui entraîne une certaine capacité, où la diode se comporte comme un condensateur, la jonction agissant comme un diélectrique. La capacité diminue avec l'augmentation de la polarisation inverse.

L'encapsulation de la diode contient des conducteurs électriques qui sont attachés à la tranche de semi-conducteur et un conducteur attaché au boîtier en céramique. La figure suivante montre à quoi ressemble une diode Varactor micro-ondes.

Ceux-ci sont capables de gérer de grandes puissances et de grandes tensions de claquage inversées. Ceux-ci ont un faible bruit. Bien que la variation de la capacité de jonction soit un facteur important dans cette diode, des résistances parasites, des capacités et des conductances sont associées à chaque diode pratique, qui doit être maintenue faible.

Applications de la diode Varactor

Les diodes Varactor sont utilisées dans les applications suivantes -

• Conversion ascendante
• Amplificateur paramétrique
• Génération d'impulsions
• Mise en forme d'impulsion
• Circuits de commutation
• Modulation des signaux micro-ondes

Diode de barrière Schottky

Il s'agit d'une simple diode qui présente une impédance non linéaire. Ces diodes sont principalement utilisées pour la détection et le mélange de micro-ondes.

Construction de la diode de barrière Schottky

Une pastille semi-conductrice est montée sur une base métallique. Un fil à ressort est connecté avec une pointe acérée à cette pastille de silicium. Ceci peut être facilement monté dans des lignes coaxiales ou guides d'ondes. La figure suivante donne une image claire de la construction.

Fonctionnement de la diode de barrière Schottky

Avec le contact entre le semi-conducteur et le métal, une région d'appauvrissement est formée. La région métallique a une largeur d'appauvrissement plus petite, comparativement. Lorsqu'un contact est établi, un flux d'électrons se produit du semi-conducteur vers le métal. Cet épuisement crée une charge d'espace positive dans le semi-conducteur et le champ électrique s'oppose à un écoulement supplémentaire, ce qui conduit à la création d'une barrière à l'interface.

Pendant la polarisation directe, la hauteur de la barrière est réduite et les électrons sont injectés dans le métal, tandis que pendant la polarisation inverse, la hauteur de la barrière augmente et l'injection d'électrons s'arrête presque.

Avantages de la diode de barrière Schottky

Voici les avantages suivants.

• À bas prix
• Simplicity
• Reliable
• Chiffres de bruit 4 à 5 dB

Applications de la diode de barrière Schottky

Ce sont les applications suivantes.

• Mélangeur à faible bruit
• Mélangeur équilibré en radar à ondes continues
• Détecteur micro-ondes

Dispositifs à effet Gunn

JB Gunn a découvert des fluctuations périodiques du courant traversant le n-type GaAséchantillon lorsque la tension appliquée dépasse une certaine valeur critique. Dans ces diodes, il y a deux vallées,L & U valleysen bande de conduction et le transfert d'électrons se produit entre eux, en fonction du champ électrique appliqué. Cet effet de l'inversion de la population de la vallée inférieure L à la vallée supérieure U est appeléTransfer Electron Effect et donc ceux-ci sont appelés comme Transfer Electron Devices (TED).

Applications des diodes Gunn

Les diodes Gunn sont largement utilisées dans les appareils suivants -

• Émetteurs radar
• Transpondeurs dans le contrôle du trafic aérien
• Systèmes de télémétrie industriels
• Oscillateurs de puissance
• Circuits logiques
• Amplificateur linéaire à large bande