Inżynieria mikrofalowa - komponenty

W tym rozdziale omówimy komponenty mikrofalowe, takie jak tranzystory mikrofalowe i różne typy diod.

Tranzystory mikrofalowe

Istnieje potrzeba opracowania specjalnych tranzystorów, które będą tolerować częstotliwości mikrofalowe. Stąd w zastosowaniach mikrofalowych,silicon n-p-n transistorsktóre mogą zapewnić odpowiednią moc przy częstotliwościach mikrofalowych. Mają zazwyczaj 5 watów przy częstotliwości 3 GHz ze wzmocnieniem 5 dB. Przekrój takiego tranzystora pokazano na poniższym rysunku.

Budowa tranzystorów mikrofalowych

Na n nasypana jest warstwa epitaksjalna n+podłoże, które stanowi kolektor. Na tonW regionie warstwa SiO2 jest hodowana termicznie. ZAp-base i mocno domieszkowany n-emitterssą rozproszone w podstawie. Otwory są wykonane z tlenku dla styków omowych. Połączenia są wykonywane równolegle.

Takie tranzystory mają geometrię powierzchni sklasyfikowaną jako naprzemiennie, nakładana lub macierzowa. Formularze te pokazano na poniższym rysunku.

Tranzystory mocy wykorzystują wszystkie trzy geometrie powierzchni.

Tranzystory małosygnałowe wykorzystują naprzemienną geometrię powierzchni. Struktura międzycyfrowa jest odpowiednia do zastosowań o małych sygnałach w pasmach L, S i C.

Geometria macierzy jest czasami nazywana siatką lub siatką emitera. Struktury nakładkowe i macierzowe są przydatne jako urządzenia mocy w regionach UHF i VHF.

Działanie tranzystorów mikrofalowych

W tranzystorze mikrofalowym początkowo złącza emiter-baza i kolektor-baza są spolaryzowane odwrotnie. Przy zastosowaniu sygnału mikrofalowego złącze emiter-podstawa zostaje przesunięte w przód. Jeślip-n-pUważa się, że tranzystor, zastosowanie dodatniego szczytu sygnału, polaryzuje do przodu złącze emiter-baza, powodując, że otwory dryfują do cienkiej ujemnej podstawy. Otwory dalej przyspieszają do ujemnego zacisku napięcia polaryzacji między kolektorem a zaciskami podstawy. Obciążenie podłączone do kolektora otrzymuje impuls prądowy.

Urządzenia półprzewodnikowe

Klasyfikację półprzewodnikowych urządzeń mikrofalowych można przeprowadzić -

  • W zależności od ich zachowania elektrycznego

    • Nieliniowy typ rezystancji.

      Przykład - Warystory (zmienne rezystancje)

    • Nieliniowy typ reaktancji.

      Przykład - Varactors (zmienne reaktory)

    • Typ rezystancji ujemnej.

      Przykład - dioda tunelowa, dioda Impatta, dioda Gunna

    • Kontrolowany typ impedancji.

      Przykład - dioda PIN

  • W zależności od ich konstrukcji
    • Diody punktowe
    • Diody z barierą Schottky'ego
    • Urządzenia półprzewodnikowe z tlenku metalu (MOS)
    • Metalowe urządzenia izolacyjne

Rodzaje diod, o których tutaj wspomnieliśmy, mają wiele zastosowań, takich jak wzmocnienie, detekcja, generowanie mocy, przesunięcie fazy, konwersja w dół, konwersja w górę, modulacja ograniczająca, przełączanie itp.

Dioda Varactor

Zmienna napięciem pojemność złącza spolaryzowanego odwrotnie można określić jako diodę Varactor. Dioda Varactor to urządzenie półprzewodnikowe, w którym pojemność złącza można zmieniać w funkcji odwrotnego polaryzacji diody. Charakterystykę CV typowej diody Varactor i jej symbole przedstawiono na poniższym rysunku.

Pojemność złącza zależy od zastosowanego napięcia i konstrukcji złącza. Wiemy to,

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

Gdzie

  • $ C_j $ = pojemność złącza

  • $ V_r $ = Odwrotne napięcie polaryzacji

  • $n$ = Parametr, który decyduje o rodzaju skrzyżowania

Jeśli złącze jest spolaryzowane odwrotnie, nośne ruchome wyczerpują złącze, powodując pewną pojemność, w której dioda zachowuje się jak kondensator, a złącze działa jak dielektryk. Pojemność maleje wraz ze wzrostem odwrotnego odchylenia.

Obudowa diody zawiera przewody elektryczne, które są przymocowane do płytki półprzewodnikowej i przewód przymocowany do obudowy ceramicznej. Poniższy rysunek przedstawia wygląd diody mikrofalowej Varactor.

Są one zdolne do obsługi dużych mocy i dużych wstecznych napięć przebicia. Mają niski poziom hałasu. Chociaż zmienność pojemności złącza jest ważnym czynnikiem w tej diodzie, opory pasożytnicze, pojemności i przewodnictwo są związane z każdą praktyczną diodą, którą należy utrzymywać na niskim poziomie.

Zastosowania diody Varactor

Diody Varactor są używane w następujących zastosowaniach -

  • W górę konwersji
  • Wzmacniacz parametryczny
  • Generowanie impulsów
  • Kształtowanie pulsu
  • Obwody przełączające
  • Modulacja sygnałów mikrofalowych

Dioda Schottky'ego Barrier

Jest to prosta dioda, która wykazuje nieliniową impedancję. Te diody są najczęściej używane do wykrywania i mieszania mikrofal.

Budowa diody Schottky'ego Barriera

Pellet półprzewodnikowy osadzony jest na metalowej podstawie. Sprężynowy drut jest połączony ostrym końcem z tą pastylką krzemu. Można to łatwo zamontować w liniach koncentrycznych lub falowodowych. Poniższy rysunek daje jasny obraz konstrukcji.

Działanie diody Schottky'ego Barriera

W wyniku kontaktu półprzewodnika z metalem powstaje obszar zubożenia. Obszar metalowy ma stosunkowo mniejszą szerokość ubytku. Kiedy dochodzi do kontaktu, następuje przepływ elektronów z półprzewodnika do metalu. To zubożenie tworzy dodatni ładunek przestrzenny w półprzewodniku, a pole elektryczne przeciwstawia się dalszemu przepływowi, co prowadzi do powstania bariery na granicy faz.

Podczas polaryzacji do przodu wysokość bariery jest zmniejszona, a elektrony są wtryskiwane do metalu, podczas gdy podczas odchylenia wstecznego wysokość bariery wzrasta, a wtrysk elektronów prawie się zatrzymuje.

Zalety diody Schottky'ego Barrier

To są następujące zalety.

  • Niska cena
  • Simplicity
  • Reliable
  • Współczynnik szumów 4 do 5 dB

Zastosowania diody Schottky'ego Barriera

Oto aplikacje.

  • Mikser o niskim poziomie hałasu
  • Zrównoważony mikser w radarze z falą ciągłą
  • Detektor mikrofalowy

Urządzenia z efektem Gunna

JB Gunn odkrył okresowe fluktuacje prądu przepływającego przez n-type GaAspróbkę, gdy przyłożone napięcie przekroczyło określoną wartość krytyczną. W tych diodach są dwie doliny,L & U valleysw paśmie przewodzenia i przenoszenie elektronów zachodzi między nimi w zależności od przyłożonego pola elektrycznego. Ten efekt inwersji populacji z dolnej doliny L do górnej doliny U to tzwTransfer Electron Effect i dlatego są nazywane jako Transfer Electron Devices (TED).

Zastosowania diod Gunna

Diody Gunna są szeroko stosowane w następujących urządzeniach -

  • Nadajniki radarowe
  • Transpondery w kontroli ruchu lotniczego
  • Przemysłowe systemy telemetryczne
  • Oscylatory mocy
  • Obwody logiczne
  • Szerokopasmowy wzmacniacz liniowy