วิศวกรรมไมโครเวฟ - ส่วนประกอบ

ในบทนี้เราจะกล่าวถึงส่วนประกอบไมโครเวฟเช่นทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟและไดโอดประเภทต่างๆ

ทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟ

มีความจำเป็นในการพัฒนาทรานซิสเตอร์พิเศษเพื่อให้ทนต่อความถี่ไมโครเวฟได้ ดังนั้นสำหรับการใช้งานไมโครเวฟsilicon n-p-n transistorsที่สามารถให้พลังงานเพียงพอที่ความถี่ไมโครเวฟได้รับการพัฒนา โดยทั่วไปจะมี 5 วัตต์ที่ความถี่ 3GHz โดยมีอัตราขยาย 5dB ภาพตัดขวางของทรานซิสเตอร์ดังกล่าวแสดงในรูปต่อไปนี้

การสร้างทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟ

อัน n ชนิดชั้น epitaxial เติบโตบน n+สารตั้งต้นที่ประกอบขึ้นเป็นตัวสะสม เกี่ยวกับเรื่องนี้nภูมิภาคชั้น SiO2 เติบโตอย่างร้อนแรง กp-base และเจืออย่างมาก n-emittersกระจายเข้าสู่ฐาน ช่องเปิดทำด้วย Oxide สำหรับหน้าสัมผัส Ohmic การเชื่อมต่อทำแบบขนาน

ทรานซิสเตอร์ดังกล่าวมีรูปทรงเรขาคณิตของพื้นผิวที่แบ่งออกเป็นทั้งแบบผสมผสานซ้อนทับหรือเมทริกซ์ แบบฟอร์มเหล่านี้แสดงในรูปต่อไปนี้

ทรานซิสเตอร์กำลังใช้รูปทรงพื้นผิวทั้งสามแบบ

ทรานซิสเตอร์สัญญาณขนาดเล็กใช้เรขาคณิตพื้นผิวแบบผสมผสาน โครงสร้างแบบผสมผสานเหมาะสำหรับการใช้งานสัญญาณขนาดเล็กในแถบ L, S และ C

เรขาคณิตเมทริกซ์บางครั้งเรียกว่าตาข่ายหรือตารางตัวปล่อย โครงสร้างโอเวอร์เลย์และเมทริกซ์มีประโยชน์ในฐานะอุปกรณ์ไฟฟ้าในภูมิภาค UHF และ VHF

การทำงานของทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟ

ในทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟในขั้นต้นทางแยกฐานตัวปล่อยและฐานตัวสะสมจะมีความเอนเอียงแบบย้อนกลับ ในการใช้สัญญาณไมโครเวฟทางแยกฐานตัวปล่อยจะกลายเป็นแบบเอนเอียงไปข้างหน้า ถ้ากp-n-pทรานซิสเตอร์ถือเป็นการประยุกต์ใช้จุดสูงสุดที่เป็นบวกของสัญญาณส่งต่ออคติทางแยกฐานตัวปล่อยทำให้รูลอยไปยังฐานลบบาง ๆ หลุมต่อไปจะเร่งไปที่ขั้วลบของแรงดันไบอัสระหว่างตัวเก็บและขั้วฐาน โหลดที่เชื่อมต่อที่ตัวสะสมรับพัลส์ปัจจุบัน

อุปกรณ์โซลิดสเตท

การจำแนกประเภทของอุปกรณ์ไมโครเวฟโซลิดสเตทสามารถทำได้ -

  • ขึ้นอยู่กับพฤติกรรมทางไฟฟ้าของพวกเขา

    • ประเภทความต้านทานแบบไม่เป็นเชิงเส้น

      ตัวอย่าง - Varistors (ความต้านทานตัวแปร)

    • ประเภทรีแอคแตนซ์ที่ไม่ใช่เชิงเส้น

      ตัวอย่าง - Varactors (เครื่องปฏิกรณ์แบบแปรผัน)

    • ประเภทความต้านทานเชิงลบ

      ตัวอย่าง - Tunnel diode, Impatt diode, Gunn diode

    • ประเภทความต้านทานที่ควบคุมได้

      ตัวอย่าง - PIN diode

  • ขึ้นอยู่กับการก่อสร้าง
    • จุดติดต่อไดโอด
    • ไดโอดกั้น Schottky
    • อุปกรณ์โลหะออกไซด์เซมิคอนดักเตอร์ (MOS)
    • อุปกรณ์ฉนวนโลหะ

ประเภทของไดโอดที่เราได้กล่าวถึงในที่นี้มีประโยชน์หลายอย่างเช่นการขยายการตรวจจับการสร้างกระแสไฟฟ้าการเปลี่ยนเฟสการแปลงลงการแปลงขึ้นการ จำกัด การมอดูเลตการสลับ ฯลฯ

ไดโอด Varactor

ความจุตัวแปรแรงดันไฟฟ้าของทางแยกแบบย้อนกลับสามารถเรียกได้ว่าเป็นไดโอด Varactor Varactor diode เป็นอุปกรณ์กึ่งตัวนำซึ่งความจุของทางแยกสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามฟังก์ชันของไบอัสย้อนกลับของไดโอด คุณลักษณะ CV ของไดโอด Varactor ทั่วไปและสัญลักษณ์แสดงในรูปต่อไปนี้

ความจุของทางแยกขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้และการออกแบบทางแยก เรารู้ว่า,

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

ที่ไหน

  • $ C_j $ = ความจุของทางแยก

  • $ V_r $ = แรงดันไบแอสย้อนกลับ

  • $n$ = พารามิเตอร์ที่กำหนดประเภทของทางแยก

หากทางแยกมีความเอนเอียงแบบย้อนกลับผู้ให้บริการมือถือจะหมดทางแยกส่งผลให้เกิดความจุบางส่วนโดยที่ไดโอดทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุโดยที่ทางแยกทำหน้าที่เป็นอิเล็กทริก ความจุจะลดลงตามการเพิ่มขึ้นของอคติย้อนกลับ

การห่อหุ้มไดโอดประกอบด้วยตัวนำไฟฟ้าที่ต่ออยู่กับเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์และตะกั่วที่ติดอยู่กับกล่องเซรามิก รูปต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าไดโอด Varactor ไมโครเวฟมีลักษณะอย่างไร

สิ่งเหล่านี้สามารถจัดการกับกำลังไฟฟ้าขนาดใหญ่และแรงดันไฟฟ้าย้อนกลับขนาดใหญ่ เหล่านี้มีเสียงรบกวนต่ำ แม้ว่าความแปรผันของความจุในการเชื่อมต่อจะเป็นปัจจัยสำคัญในไดโอดนี้ แต่ความต้านทานแบบกาฝากความจุและการนำไฟฟ้ามีความสัมพันธ์กับไดโอดที่ใช้งานได้จริงทุกตัวซึ่งควรอยู่ในระดับต่ำ

การใช้งาน Varactor Diode

ไดโอด Varactor ใช้ในแอพพลิเคชั่นต่อไปนี้ -

  • เพิ่มการแปลง
  • เครื่องขยายเสียงพาราเมตริก
  • การสร้างพัลส์
  • การสร้างพัลส์
  • การสลับวงจร
  • การปรับสัญญาณไมโครเวฟ

Schottky Barrier Diode

นี่คือไดโอดธรรมดาที่แสดงอิมพีแดนซ์ที่ไม่ใช่เชิงเส้น ไดโอดเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการตรวจจับและผสมไมโครเวฟ

การก่อสร้าง Schottky Barrier Diode

เม็ดกึ่งตัวนำติดตั้งอยู่บนฐานโลหะ ลวดสปริงเชื่อมต่อด้วยปลายแหลมกับเม็ดซิลิกอนนี้ สามารถติดตั้งเข้ากับสายโคแอกเซียลหรือท่อนำคลื่นได้อย่างง่ายดาย รูปต่อไปนี้ให้ภาพที่ชัดเจนของการก่อสร้าง

การทำงานของ Schottky Barrier Diode

ด้วยการสัมผัสระหว่างกึ่งตัวนำกับโลหะจะเกิดบริเวณพร่อง พื้นที่โลหะมีความกว้างของการพร่องน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกัน เมื่อมีการสัมผัสจะเกิดการไหลของอิเล็กตรอนจากสารกึ่งตัวนำไปยังโลหะ การพร่องนี้สร้างประจุพื้นที่บวกในเซมิคอนดักเตอร์และสนามไฟฟ้าต่อต้านการไหลต่อไปซึ่งนำไปสู่การสร้างสิ่งกีดขวางที่ส่วนต่อประสาน

ในระหว่างความลำเอียงไปข้างหน้าความสูงของสิ่งกีดขวางจะลดลงและอิเล็กตรอนจะถูกฉีดเข้าไปในโลหะในขณะที่อคติย้อนกลับความสูงของสิ่งกีดขวางจะเพิ่มขึ้นและการฉีดอิเล็กตรอนเกือบจะหยุดลง

ข้อดีของ Schottky Barrier Diode

นี่คือข้อดีดังต่อไปนี้

  • ราคาถูก
  • Simplicity
  • Reliable
  • ตัวเลขเสียง 4 ถึง 5dB

การใช้ Schottky Barrier Diode

นี่คือแอปพลิเคชันต่อไปนี้

  • เครื่องผสมเสียงรบกวนต่ำ
  • เครื่องผสมที่สมดุลในเรดาร์คลื่นต่อเนื่อง
  • เครื่องตรวจจับไมโครเวฟ

อุปกรณ์ Gunn Effect

JB Gunn ค้นพบความผันผวนของกระแสที่ไหลผ่านเป็นระยะ ๆ n-type GaAsตัวอย่างเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้เกินค่าวิกฤตบางอย่าง ในไดโอดเหล่านี้มีหุบเขาสองแห่งL & U valleysในแถบการนำไฟฟ้าและการถ่ายเทอิเล็กตรอนเกิดขึ้นระหว่างพวกเขาขึ้นอยู่กับสนามไฟฟ้าที่ใช้ เรียกว่าผลของการผกผันของประชากรจาก L-valley ตอนล่างไปจนถึง U-valley ตอนบนTransfer Electron Effect และด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่าเป็น Transfer Electron Devices (TED)

การใช้งาน Gunn Diodes

Gunn ไดโอดถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในอุปกรณ์ต่อไปนี้ -

  • เครื่องส่งเรดาร์
  • ทรานสปอนเดอร์ในการควบคุมการจราจรทางอากาศ
  • ระบบโทรมาตรอุตสาหกรรม
  • ออสซิลเลเตอร์ไฟฟ้า
  • วงจรลอจิก
  • แอมพลิฟายเออร์เชิงเส้นบรอดแบนด์