Mikrodalga Mühendisliği - Bileşenler

Bu bölümde, mikrodalga transistörleri ve farklı diyot türleri gibi mikrodalga bileşenleri hakkında tartışacağız.

Mikrodalga Transistörleri

Mikrodalga frekanslarını tolere etmek için özel transistörlerin geliştirilmesine ihtiyaç vardır. Bu nedenle mikrodalga uygulamaları için,silicon n-p-n transistorsmikrodalga frekanslarında yeterli güç sağlayabilen geliştirildi. Tipik olarak 3GHz frekansında 5 watt ve 5dB kazançlıdırlar. Aşağıdaki şekilde böyle bir transistörün enine kesit görünümü gösterilmektedir.

Mikrodalga Transistörlerin Yapısı

Bir n tip epitaksiyel katman üzerinde büyümüş n+toplayıcıyı oluşturan substrat. Bunun üzerinenbölgede, bir SiO2 tabakası termal olarak büyütülür. Birp-base ve ağır dopingli n-emitterstabana yayılır. Ohmik kontaklar için Okside açıklıklar yapılır. Bağlantılar paralel yapılır.

Bu tür transistörler, iç içe geçmiş, üst üste bindirme veya matris olarak kategorize edilen bir yüzey geometrisine sahiptir. Bu formlar aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.

Güç transistörleri, üç yüzey geometrisinin tümünü kullanır.

Küçük sinyal transistörleri iç içe geçmiş yüzey geometrisi kullanır. Birbirine bağlı yapı, L, S ve C bantlarındaki küçük sinyal uygulamaları için uygundur.

Matris geometrisine bazen ağ veya yayıcı ızgara adı verilir. Kaplama ve Matris yapıları, UHF ve VHF bölgelerinde güç cihazları olarak kullanışlıdır.

Mikrodalga Transistörlerin Çalışması

Bir mikrodalga transistörde, başlangıçta emitör-taban ve kollektör-taban bağlantıları ters eğimlidir. Bir mikrodalga sinyalinin uygulanmasında, yayıcı-taban birleşimi ileri eğimli hale gelir. Eğer birp-n-pTransistör, pozitif sinyal tepe noktasının uygulanması, yayıcı-taban birleşimini ileri doğru yönlendirerek, deliklerin ince negatif tabana sürüklenmesine neden olur. Delikler, toplayıcı ile taban terminalleri arasındaki ön gerilimin negatif terminaline daha da hızlanır. Kollektöre bağlı bir yük, bir akım darbesi alır.

Katı Hal Cihazları

Katı hal Mikrodalga cihazlarının sınıflandırılması yapılabilir -

  • Elektrik davranışlarına bağlı olarak

    • Doğrusal olmayan direnç tipi.

      Örnek - Varistörler (değişken dirençler)

    • Doğrusal olmayan reaktans tipi.

      Örnek - Varaktörler (değişken reaktörler)

    • Negatif direnç türü.

      Örnek - Tünel diyot, Impatt diyot, Gunn diyot

    • Kontrol edilebilir empedans tipi.

      Örnek - PIN diyot

  • Yapımlarına bağlı olarak
    • Nokta temas diyotları
    • Schottky bariyer diyotları
    • Metal Oksit Yarıiletken cihazlar (MOS)
    • Metal yalıtım cihazları

Burada bahsettiğimiz diyot türleri, amplifikasyon, algılama, güç üretimi, faz kaydırma, aşağı dönüştürme, yukarı dönüştürme, sınırlama modülasyonu, anahtarlama vb. Gibi birçok kullanıma sahiptir.

Varaktör Diyot

Ters taraflı bir bağlantının voltaj değişken kapasitansı, Varaktör diyot olarak adlandırılabilir. Varaktör diyot, bağlantı kapasitansının diyotun ters önyargısının bir fonksiyonu olarak değiştirilebildiği yarı iletken bir cihazdır. Tipik bir Varaktör diyotunun CV karakteristikleri ve sembolleri aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.

Bağlantı kapasitansı, uygulanan gerilime ve bağlantı tasarımına bağlıdır. Biz biliyoruz ki,

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

Nerede

  • $ C_j $ = Bağlantı kapasitansı

  • $ V_r $ = Ters öngerilim gerilimi

  • $n$ = Kavşak tipine karar veren bir parametre

Bağlantı ters eğilimli ise, mobil taşıyıcılar bağlantı noktasını tüketir, bu da bir miktar kapasitansla sonuçlanır, burada diyot bir kapasitör gibi davranır ve bağlantı bir dielektrik olarak işlev görür. Ters önyargıdaki artışla kapasite azalır.

Diyotun kapsüllenmesi, yarı iletken levhaya ve seramik kasaya tutturulmuş bir kurşuna tutturulmuş elektrik uçları içerir. Aşağıdaki şekil bir mikrodalga Varaktör diyotunun nasıl göründüğünü göstermektedir.

Bunlar, büyük güçleri ve büyük ters arıza voltajlarını idare edebilir. Bunların gürültü seviyesi düşüktür. Bağlantı kapasitansındaki varyasyon bu diyotta önemli bir faktör olmasına rağmen, parazitik dirençler, kapasitanslar ve iletkenlikler, düşük tutulması gereken her pratik diyotla ilişkilidir.

Varaktör Diyot Uygulamaları

Varaktör diyotları aşağıdaki uygulamalarda kullanılır -

  • Yukarı dönüşüm
  • Parametrik amplifikatör
  • Darbe üretimi
  • Darbe şekillendirme
  • Anahtarlama devreleri
  • Mikrodalga sinyallerinin modülasyonu

Schottky Bariyer Diyot

Bu, doğrusal olmayan empedans sergileyen basit bir diyottur. Bu diyotlar çoğunlukla mikrodalga algılama ve karıştırma için kullanılır.

Schottky Bariyer Diyot Yapısı

Metal bir taban üzerine yarı iletken bir pelet monte edilir. Bu silikon pelete bir yaylı tel keskin bir uçla bağlanır. Bu, koaksiyel veya dalga kılavuzu hatlarına kolayca monte edilebilir. Aşağıdaki şekil, yapının net bir resmini vermektedir.

Schottky Bariyer Diyotunun Çalışması

Yarı iletken ile metal arasındaki temas ile bir tükenme bölgesi oluşur. Metal bölge, nispeten daha küçük tükenme genişliğine sahiptir. Temas sağlandığında yarı iletkenden metale elektron akışı gerçekleşir. Bu tükenme, yarı iletkende pozitif bir uzay yükü oluşturur ve elektrik alanı, arayüzde bir bariyerin oluşmasına yol açan daha fazla akışa karşı gelir.

İleri önyargı sırasında, engel yüksekliği azaltılır ve elektronlar metale enjekte edilirken, ters önyargı sırasında, engel yüksekliği artar ve elektron enjeksiyonu neredeyse durur.

Schottky Bariyer Diyotunun Avantajları

Bunlar aşağıdaki avantajlardır.

  • Düşük maliyetli
  • Simplicity
  • Reliable
  • Gürültü rakamları 4 ila 5dB

Schottky Bariyer Diyotunun Uygulamaları

Bunlar aşağıdaki uygulamalardır.

  • Düşük gürültülü karıştırıcı
  • Sürekli dalga radarında dengeli karıştırıcı
  • Mikrodalga dedektörü

Gunn Etkisi Cihazları

JB Gunn, periyodik akım dalgalanmalarını keşfetti. n-type GaAsuygulanan voltaj belirli bir kritik değeri aştığında numune. Bu diyotlarda iki vadi vardır,L & U valleysİletim bandında ve uygulanan elektrik alanına bağlı olarak elektron transferi aralarında gerçekleşir. Aşağı L vadisinden üst U vadisine nüfus dönüşümünün bu etkisine denir.Transfer Electron Effect ve bu nedenle bunlara Transfer Electron Devices (TED'ler).

Gunn Diyotlarının Uygulamaları

Gunn diyotları aşağıdaki cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır -

  • Radar vericileri
  • Hava trafik kontrolünde transponderler
  • Endüstriyel telemetri sistemleri
  • Güç osilatörleri
  • Mantık devreleri
  • Geniş bant doğrusal amplifikatör