Kỹ thuật vi sóng - Linh kiện

Trong chương này, chúng ta sẽ thảo luận về các thành phần vi sóng như bóng bán dẫn vi sóng và các loại điốt khác nhau.

Bóng bán dẫn vi sóng

Cần phải phát triển các bóng bán dẫn đặc biệt để chịu được các tần số vi sóng. Do đó đối với các ứng dụng vi sóng,silicon n-p-n transistorscó thể cung cấp đủ năng lượng ở tần số vi ba đã được phát triển. Chúng có công suất thường là 5 watt ở tần số 3GHz với mức tăng 5dB. Hình vẽ mặt cắt ngang của một bóng bán dẫn như vậy được thể hiện trong hình sau.

Cấu tạo của bóng bán dẫn vi sóng

An n loại lớp biểu mô được phát triển trên n+chất nền tạo nên bộ thu. Về điều nàynvùng, một lớp SiO2 được tăng trưởng nhiệt. Ap-base và pha tạp nhiều n-emittersđược khuếch tán vào đế. Các khe hở được làm bằng Oxit cho các tiếp điểm Ohmic. Các kết nối được thực hiện song song.

Các bóng bán dẫn như vậy có dạng hình học bề mặt được phân loại là xen kẽ, lớp phủ hoặc ma trận. Các hình thức này được thể hiện trong hình sau.

Bóng bán dẫn công suất sử dụng tất cả ba hình dạng bề mặt.

Các bóng bán dẫn tín hiệu nhỏ sử dụng hình học bề mặt xen kẽ. Cấu trúc xen kẽ phù hợp cho các ứng dụng tín hiệu nhỏ trong các băng tần L, S và C.

Hình học ma trận đôi khi được gọi là lưới hoặc lưới phát. Cấu trúc Lớp phủ và Ma trận hữu ích như các thiết bị nguồn trong vùng UHF và VHF.

Hoạt động của bóng bán dẫn vi sóng

Trong bóng bán dẫn vi sóng, ban đầu các điểm nối đế cực phát và cực thu được phân cực ngược. Trên ứng dụng của tín hiệu vi ba, điểm nối cơ sở phát trở thành phân cực thuận. Nếu mộtp-n-pbóng bán dẫn được coi là ứng dụng của đỉnh tích cực của tín hiệu, phân cực thuận cho đường giao nhau phát-cơ sở, làm cho các lỗ trôi về đế âm mỏng. Các lỗ tiếp tục tăng tốc đến cực âm của điện áp phân cực giữa bộ thu và các cực cơ sở. Một tải được kết nối tại bộ thu, nhận một xung hiện tại.

Thiết bị trạng thái rắn

Việc phân loại trạng thái rắn Các thiết bị vi sóng có thể được thực hiện -

Tùy thuộc vào hành vi điện của chúng
- Loại điện trở phi tuyến tính.
  
  Ví dụ - Varistors (biến trở)
- Loại điện kháng không tuyến tính.
  
  Ví dụ - Varactors (lò phản ứng biến đổi)
- Loại điện trở âm.
  
  Ví dụ - Diode đường hầm, Diode Impatt, Diode Gunn
- Loại trở kháng có thể điều khiển.
  
  Ví dụ - Diode PIN

Tùy thuộc vào cấu trúc của chúng
- Điểm tiếp xúc điốt
- Điốt rào cản Schottky
- Thiết bị bán dẫn oxit kim loại (MOS)
- Thiết bị cách nhiệt kim loại

Các loại điốt mà chúng tôi đề cập ở đây có rất nhiều công dụng như khuếch đại, phát hiện, tạo nguồn, chuyển pha, chuyển đổi xuống, chuyển đổi lên, hạn chế điều chế, chuyển mạch, v.v.

Diode Varactor

Một điện dung biến đổi điện áp của một đường giao nhau phân cực ngược có thể được gọi là điốt Varactor. Diode varactor là một thiết bị bán dẫn trong đó điện dung mối nối có thể thay đổi như một chức năng của phân cực ngược của diode. Đặc tính CV của một diode Varactor điển hình và các ký hiệu của nó được thể hiện trong hình sau.

Điện dung của đường giao nhau phụ thuộc vào điện áp đặt vào và thiết kế đường giao nhau. Chúng ta biết rằng,

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

Ở đâu

$ C_j $ = Điện dung mối nối
$ V_r $ = Điện áp phân cực ngược
$n$ = Một tham số quyết định loại đường giao nhau

Nếu điểm tiếp giáp được phân cực ngược, các sóng mang di động sẽ làm cạn điểm tiếp giáp, dẫn đến một số điện dung, trong đó điốt hoạt động như một tụ điện, với điểm tiếp giáp hoạt động như một chất điện môi. Điện dung giảm khi phân cực ngược tăng.

Bao bọc của diode chứa các dây dẫn điện được gắn vào tấm bán dẫn và một dây dẫn gắn vào vỏ gốm. Hình sau đây cho thấy một diode Varactor vi sóng trông như thế nào.

Chúng có khả năng xử lý công suất lớn và điện áp đánh thủng ngược lớn. Chúng có tiếng ồn thấp. Mặc dù sự thay đổi trong điện dung tiếp giáp là một yếu tố quan trọng trong điốt này, nhưng điện trở ký sinh, điện dung và độ dẫn có liên quan đến mọi điốt thực tế, nên được giữ ở mức thấp.

Các ứng dụng của Varactor Diode

Điốt varactor được sử dụng trong các ứng dụng sau:

Tăng chuyển đổi
Bộ khuếch đại tham số
Tạo xung
Tạo xung
Chuyển mạch
Điều chế tín hiệu vi ba

Diode rào cản Schottky

Đây là một diode đơn giản thể hiện trở kháng phi tuyến tính. Các điốt này chủ yếu được sử dụng để phát hiện và trộn vi sóng.

Cấu tạo của Schottky Barrier Diode

Một viên bán dẫn được gắn trên một đế kim loại. Một dây có lò xo được nối với một đầu nhọn vào viên silicon này. Điều này có thể dễ dàng được gắn vào các đường dây đồng trục hoặc ống dẫn sóng. Hình sau đây cho ta một bức tranh rõ ràng về công trình.

Hoạt động của Schottky Barrier Diode

Với sự tiếp xúc giữa chất bán dẫn và kim loại, một vùng suy giảm được hình thành. Tương đối, vùng kim loại có chiều rộng suy giảm nhỏ hơn. Khi có sự tiếp xúc, dòng electron xảy ra từ chất bán dẫn sang kim loại. Sự suy giảm này hình thành một điện tích không gian dương trong chất bán dẫn và điện trường chống lại dòng chảy tiếp theo, dẫn đến việc tạo ra một rào cản tại bề mặt phân cách.

Trong quá trình phân cực thuận, chiều cao rào cản giảm đi và các điện tử bị tiêm vào kim loại, trong khi trong phân cực ngược, chiều cao rào cản tăng lên và việc tiêm điện tử gần như dừng lại.

Ưu điểm của Schottky Barrier Diode

Đây là những ưu điểm sau.

Giá thấp
Simplicity
Reliable
Con số tiếng ồn 4 đến 5dB

Các ứng dụng của Schottky Barrier Diode

Đây là những ứng dụng sau đây.

Máy trộn tiếng ồn thấp
Bộ trộn cân bằng trong radar sóng liên tục
Máy dò vi sóng

Thiết bị hiệu ứng Gunn

JB Gunn đã phát hiện ra các dao động tuần hoàn của dòng điện chạy qua n-type GaAsmẫu khi điện áp đặt vào vượt quá một giá trị tới hạn nhất định. Trong các điốt này, có hai chỗ lõm,L & U valleystrong vùng dẫn và sự chuyển điện tử xảy ra giữa chúng, phụ thuộc vào điện trường đặt vào. Tác động của sự đảo ngược dân số từ thung lũng L thấp hơn lên trên thung lũng chữ U được gọi làTransfer Electron Effect và do đó chúng được gọi là Transfer Electron Devices (TED).

Các ứng dụng của Điốt Gunn

Điốt Gunn được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị sau:

Máy phát radar
Người vận chuyển trong kiểm soát không lưu
Hệ thống đo từ xa công nghiệp
Bộ dao động điện
Mạch logic
Bộ khuếch đại tuyến tính băng rộng