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