Rekayasa Gelombang Mikro - Komponen

Pada bab ini, kita akan membahas tentang komponen gelombang mikro seperti transistor gelombang mikro dan berbagai jenis dioda.

Transistor Microwave

Ada kebutuhan untuk mengembangkan transistor khusus untuk mentolerir frekuensi gelombang mikro. Karenanya untuk aplikasi gelombang mikro,silicon n-p-n transistorsyang dapat memberikan daya yang memadai pada frekuensi gelombang mikro telah dikembangkan. Mereka biasanya 5 watt pada frekuensi 3GHz dengan gain 5dB. Tampak penampang transistor seperti itu ditunjukkan pada gambar berikut.

Pembangunan Transistor Microwave

Sebuah n jenis lapisan epitaxial ditanam n+substrat yang merupakan kolektor. Hal ininwilayah, lapisan SiO2 ditanam secara termal. SEBUAHp-base dan sangat dikotori n-emittersdisebarkan ke pangkalan. Bukaan dibuat di Oksida untuk kontak Ohmic. Koneksi dibuat secara paralel.

Transistor tersebut memiliki geometri permukaan yang dikategorikan sebagai interdigitated, overlay, atau matrix. Bentuk-bentuk tersebut ditunjukkan pada gambar berikut.

Transistor daya menggunakan ketiga geometri permukaan.

Transistor sinyal kecil menggunakan geometri permukaan interdigitated. Struktur interdigitasi cocok untuk aplikasi sinyal kecil di pita L, S, dan C.

Geometri matriks terkadang disebut mesh atau grid emitor. Struktur Overlay dan Matriks berguna sebagai perangkat daya di wilayah UHF dan VHF.

Pengoperasian Transistor Microwave

Dalam transistor gelombang mikro, awalnya persimpangan basis-emitor dan basis kolektor bias terbalik. Pada penerapan sinyal gelombang mikro, persimpangan basis-emitor menjadi bias maju. Jika sebuahp-n-ptransistor dianggap, penerapan puncak positif sinyal, bias maju persimpangan basis emitor, membuat lubang melayang ke basis negatif tipis. Lubang selanjutnya mempercepat ke terminal negatif dari tegangan bias antara kolektor dan terminal dasar. Sebuah beban terhubung ke kolektor, menerima pulsa arus.

Perangkat Solid State

Klasifikasi perangkat Microwave solid state dapat dilakukan -

• Tergantung pada perilaku kelistrikannya

  • Jenis resistansi non-linier.

    Contoh - Varistor (resistansi variabel)

  • Jenis reaktansi non-linier.

    Contoh - Varactors (reaktor variabel)

  • Jenis resistensi negatif.

    Contoh - Dioda terowongan, Dioda Impatt, Dioda Gunn

  • Jenis impedansi yang dapat dikontrol.

    Contoh - dioda PIN

• Tergantung konstruksinya
  • Titik dioda kontak
  • Dioda penghalang Schottky
  • Perangkat Metal Oxide Semiconductor (MOS)
  • Perangkat isolasi logam

Jenis-jenis dioda yang kami sebutkan di sini memiliki banyak kegunaan seperti amplifikasi, deteksi, pembangkit listrik, pergeseran fasa, konversi turun, konversi naik, modulasi terbatas, sakelar, dll.

Varactor Diode

Kapasitansi variabel tegangan dari sambungan bias balik dapat disebut sebagai dioda Varactor. Dioda varactor adalah perangkat semi-konduktor di mana kapasitansi sambungan dapat divariasikan sebagai fungsi dari bias balik dioda. Karakteristik CV dari dioda Varactor khas dan simbolnya ditunjukkan pada gambar berikut.

Kapasitansi sambungan tergantung pada tegangan yang diterapkan dan desain sambungan. Kami tahu itu,

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

Dimana

• $C_j$ = Kapasitansi persimpangan

• $V_r$ = Tegangan bias terbalik

• $n$ = Parameter yang menentukan jenis persimpangan

Jika junction dibiaskan terbalik, operator seluler menghabiskan persimpangan, menghasilkan beberapa kapasitansi, di mana dioda berperilaku sebagai kapasitor, dengan persimpangan bertindak sebagai dielektrik. Kapasitansi menurun dengan peningkatan bias balik.

Enkapsulasi dioda berisi kabel listrik yang dipasang ke wafer semikonduktor dan kabel yang dipasang ke wadah keramik. Gambar berikut menunjukkan tampilan dioda microwave Varactor.

Ini mampu menangani daya besar dan voltase kerusakan terbalik yang besar. Ini memiliki kebisingan yang rendah. Meskipun variasi kapasitansi persimpangan merupakan faktor penting dalam dioda ini, resistansi parasit, kapasitansi, dan konduktansi dikaitkan dengan setiap dioda praktis, yang harus dijaga tetap rendah.

Aplikasi Varactor Diode

Dioda varactor digunakan dalam aplikasi berikut -

• Up konversi
• Penguat parametrik
• Generasi pulsa
• Pembentukan pulsa
• Sirkuit switching
• Modulasi sinyal gelombang mikro

Dioda Penghalang Schottky

Ini adalah dioda sederhana yang menunjukkan impedansi non-linier. Dioda ini banyak digunakan untuk deteksi dan pencampuran gelombang mikro.

Pembangunan Schottky Barrier Diode

Pelet semi-konduktor dipasang di atas dasar logam. Kawat pegas dihubungkan dengan titik tajam ke pelet silikon ini. Ini dapat dengan mudah dipasang ke jalur koaksial atau pandu gelombang. Gambar berikut memberikan gambaran yang jelas tentang konstruksi tersebut.

Pengoperasian Diode Penghalang Schottky

Dengan kontak antara semi-konduktor dan logam, daerah penipisan terbentuk. Wilayah logam memiliki lebar penipisan yang lebih kecil, secara komparatif. Ketika terjadi kontak, aliran elektron terjadi dari semi-konduktor ke logam. Penipisan ini membangun muatan ruang positif di semi-konduktor dan medan listrik menentang aliran lebih lanjut, yang mengarah pada terciptanya penghalang di antarmuka.

Selama bias maju, tinggi penghalang berkurang dan elektron diinjeksikan ke dalam logam, sedangkan selama bias balik, tinggi penghalang meningkat dan injeksi elektron hampir berhenti.

Keuntungan dari Schottky Barrier Diode

Inilah keuntungan-keuntungannya sebagai berikut.

• Biaya rendah
• Simplicity
• Reliable
• Angka kebisingan 4 hingga 5dB

Aplikasi Schottky Barrier Diode

Ini adalah aplikasi berikut.

• Mixer kebisingan rendah
• Mixer seimbang dalam radar gelombang kontinyu
• Detektor gelombang mikro

Perangkat Efek Gunn

JB Gunn menemukan fluktuasi periodik arus yang melewati n-type GaAsspesimen ketika tegangan yang diberikan melebihi nilai kritis tertentu. Dioda ini, ada dua lembah,L & U valleysdi pita konduksi dan transfer elektron terjadi di antara mereka, tergantung pada medan listrik yang diterapkan. Efek inversi populasi dari lembah-L bawah ke lembah-U atas disebutTransfer Electron Effect dan karenanya ini disebut sebagai Transfer Electron Devices (TED).

Aplikasi Gunn Dioda

Dioda gunn banyak digunakan pada perangkat berikut -

• Pemancar radar
• Transponder dalam kontrol lalu lintas udara
• Sistem telemetri industri
• Osilator daya
• Sirkuit logika
• Penguat linier broadband