微波電子線路第二章中ppt課件

1、12.2.1 構(gòu)造構(gòu)造 肖特基勢壘二極管是利用金屬與半導(dǎo)體接觸構(gòu)成肖特基肖特基勢壘二極管是利用金屬與半導(dǎo)體接觸構(gòu)成肖特基勢壘而構(gòu)成的一種微波二極管，它對(duì)外主要表達(dá)出非線性電勢壘而構(gòu)成的一種微波二極管，它對(duì)外主要表達(dá)出非線性電阻特性，是構(gòu)成微波阻性混頻器、檢波器、低噪聲參量放大阻特性，是構(gòu)成微波阻性混頻器、檢波器、低噪聲參量放大器、限幅器和微波開關(guān)等的中心元件。本節(jié)引見肖特基勢壘器、限幅器和微波開關(guān)等的中心元件。本節(jié)引見肖特基勢壘二極管的構(gòu)造、等效電路、伏安特性和特性參量。二極管的構(gòu)造、等效電路、伏安特性和特性參量。 2. 2 肖特基勢壘二極管肖特基勢壘二極管 構(gòu)造構(gòu)造構(gòu)造構(gòu)造構(gòu)造構(gòu)造構(gòu)造構(gòu)造半

2、導(dǎo)體半導(dǎo)體外延層外延層點(diǎn)接觸點(diǎn)接觸半導(dǎo)體半導(dǎo)體外延層外延層面結(jié)合面結(jié)合氧化層氧化層金屬鉬金屬鉬金金金絲金絲兩種肖特基勢壘二極管構(gòu)造兩種肖特基勢壘二極管構(gòu)造金屬觸絲金屬觸絲歐姆接觸金歐姆接觸金屬屬2肖特基勢壘二極管點(diǎn)接觸二極管和肖特基外表勢壘二極管簡稱肖特基勢壘二極管點(diǎn)接觸二極管和肖特基外表勢壘二極管簡稱肖特基勢壘二極管 后者性能優(yōu)于前者，緣由是：后者性能優(yōu)于前者，緣由是： 點(diǎn)接觸管外表不易清潔，針點(diǎn)壓力會(huì)呵斥半導(dǎo)體外表畸變，點(diǎn)接觸管外表不易清潔，針點(diǎn)壓力會(huì)呵斥半導(dǎo)體外表畸變， 因此其接觸勢壘不是理想的肖特基勢壘，遭到機(jī)械震動(dòng)時(shí)還因此其接觸勢壘不是理想的肖特基勢壘，遭到機(jī)械震動(dòng)時(shí)還 會(huì)產(chǎn)生顫抖噪

3、聲。但面結(jié)合型管子金半接觸界面比較平整，會(huì)產(chǎn)生顫抖噪聲。但面結(jié)合型管子金半接觸界面比較平整， 不暴露而較易清潔，其接觸勢壘幾乎是理想的肖特基勢壘。不暴露而較易清潔，其接觸勢壘幾乎是理想的肖特基勢壘。 不同的點(diǎn)接觸管子消費(fèi)時(shí)壓接壓力不同，使肖特基結(jié)的直徑不同的點(diǎn)接觸管子消費(fèi)時(shí)壓接壓力不同，使肖特基結(jié)的直徑 不同，因此性能一致性差，可靠性也差。但面結(jié)合型管子由不同，因此性能一致性差，可靠性也差。但面結(jié)合型管子由 于采用平面工藝，因此管子性能穩(wěn)定、一致性好、不易損壞。于采用平面工藝，因此管子性能穩(wěn)定、一致性好、不易損壞。 點(diǎn)接觸型和面結(jié)合型二極管的典型封裝構(gòu)造可采用炮彈式、同軸式、微帶式等。肖特基勢

4、壘二極管還有其它一些變形：如將點(diǎn)接觸和平面工藝優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來的觸須式肖特基勢壘二極管，取消管殼、靠加厚的引線來支撐的梁式引線肖特基勢壘二極管等。 3肖特基勢壘二極管2.2.2 等效電路等效電路 稱為二極管的非線性結(jié)電阻，是阻性稱為二極管的非線性結(jié)電阻，是阻性二極管的中心等效元件。二極管的中心等效元件。 隨著加于二極隨著加于二極管上的偏壓改動(dòng)，正向時(shí)約為幾個(gè)歐姆，管上的偏壓改動(dòng)，正向時(shí)約為幾個(gè)歐姆，反向時(shí)可達(dá)兆歐量級(jí)。反向時(shí)可達(dá)兆歐量級(jí)。 肖特基勢壘二極管等效電路肖特基勢壘二極管等效電路sLjRjCsRpCjRjR 稱為二極管的非線性結(jié)電容，由于金稱為二極管的非線性結(jié)電容，由于金半結(jié)管子不存在分散

5、電容，故這一電容就半結(jié)管子不存在分散電容，故這一電容就是金半結(jié)的勢壘電容，其數(shù)值在百分之幾是金半結(jié)的勢壘電容，其數(shù)值在百分之幾到一個(gè)皮法到一個(gè)皮法pFpF之間。之間。 jC 稱為半導(dǎo)體的體電阻，又叫串聯(lián)電阻。稱為半導(dǎo)體的體電阻，又叫串聯(lián)電阻。點(diǎn)接觸型管子的值約在十到幾十歐姆，而點(diǎn)接觸型管子的值約在十到幾十歐姆，而面結(jié)合型管子的值約為幾歐姆。面結(jié)合型管子的值約為幾歐姆。 sR 引線電感，約為一至幾個(gè)納亨引線電感，約為一至幾個(gè)納亨 。sL 管殼電容，約為幾分之一皮法管殼電容，約為幾分之一皮法 。pC肖特基二極管電路符號(hào)肖特基二極管電路符號(hào)4肖特基勢壘二極管2.2.3 伏安特性伏安特性 當(dāng)勢壘是理想

6、的肖特基勢壘時(shí)，當(dāng)勢壘是理想的肖特基勢壘時(shí)， ，當(dāng)勢壘不理想時(shí)，當(dāng)勢壘不理想時(shí)， 。對(duì)點(diǎn)。對(duì)點(diǎn)接觸型管子來說，通常接觸型管子來說，通常 ，而面結(jié)合型管子，而面結(jié)合型管子 。 1expkTqVIVfIsn1n1n4 . 1n1 . 105. 1nnkTq1n1expVIIs肖特基勢壘二極管電壓電流特性肖特基勢壘二極管電壓電流特性0IV5肖特基勢壘二極管 二極管兩端的外加偏壓由兩部分構(gòu)成：直流偏壓和交流時(shí)變偏壓二極管兩端的外加偏壓由兩部分構(gòu)成：直流偏壓和交流時(shí)變偏壓可稱為本振電壓可稱為本振電壓, ,為：為： tVVtvLLdccos 1cosexptVVIvftiLLdcs肖特基勢壘二極管時(shí)變電流

7、波形肖特基勢壘二極管時(shí)變電流波形00IVdcV tvt tit6肖特基勢壘二極管定義二極管的時(shí)變電導(dǎo)為定義二極管的時(shí)變電導(dǎo)為: : tVVfvfdvditgLLdctVVvLLdccoscos 1cosexptVVItiItitgLLdcss肖特基勢壘二極管時(shí)變電導(dǎo)波形肖特基勢壘二極管時(shí)變電導(dǎo)波形00gdcVV tvt tgt 闡明當(dāng)交流偏壓隨時(shí)間作闡明當(dāng)交流偏壓隨時(shí)間作周期性變化時(shí)，瞬時(shí)電導(dǎo)也隨周期性變化時(shí)，瞬時(shí)電導(dǎo)也隨時(shí)間作周期性變化。時(shí)間作周期性變化。 7肖特基勢壘二極管 1cosexptVVIvftiLLdcs sLLLLLdcsnLndcItVJtVJVJVIntnIIti2cos2

8、cos2expcos22101直流分量和相應(yīng)于交流偏壓的各次諧波電流振幅系數(shù)為：直流分量和相應(yīng)于交流偏壓的各次諧波電流振幅系數(shù)為：LdcsdcVJVII0expLndcsnVJVIIexp交流偏壓鼓勵(lì)的基波電流振幅交流偏壓鼓勵(lì)的基波電流振幅 為：為：LII 1 LdcsLVJVII1exp2根據(jù)貝塞爾函數(shù)的大宗量近似式，當(dāng)根據(jù)貝塞爾函數(shù)的大宗量近似式，當(dāng) 較大時(shí)可求得較大時(shí)可求得: : LVLLdcsdcVVVII2expdcLII28肖特基勢壘二極管交流偏壓功率為交流偏壓功率為 : : LdcLLLVIVIP21二極管對(duì)交流偏壓源所呈現(xiàn)的電導(dǎo)為：二極管對(duì)交流偏壓源所呈現(xiàn)的電導(dǎo)為： LdcLL

9、LVIVIG22.2.4 特性參量特性參量 截止頻率截止頻率cf 當(dāng)外加電壓角頻率為當(dāng)外加電壓角頻率為 ，使得，使得 時(shí)，時(shí)，高頻信號(hào)在高頻信號(hào)在 上的損耗為上的損耗為3dB3dB，二極管曾經(jīng)不能良，二極管曾經(jīng)不能良好任務(wù)。定義這時(shí)對(duì)應(yīng)的外加信號(hào)頻率好任務(wù)。定義這時(shí)對(duì)應(yīng)的外加信號(hào)頻率 為肖特為肖特基勢壘二極管的截止頻率：基勢壘二極管的截止頻率： cjcsCR1sRcf0212jsccCRf9肖特基勢壘二極管 噪聲比噪聲比 噪聲比定義為二極管的噪聲功率與相噪聲比定義為二極管的噪聲功率與相同電阻熱噪聲功率的比值。同電阻熱噪聲功率的比值。 dt肖特基勢壘二極管肖特基勢壘二極管噪聲等效電路噪聲等效電路

10、2nidg噪聲來源噪聲來源 載流子的散粒噪聲載流子的散粒噪聲 串聯(lián)電阻的熱噪聲串聯(lián)電阻的熱噪聲 取決于外表情況的閃爍噪聲取決于外表情況的閃爍噪聲 噪聲發(fā)生器的均方值為噪聲發(fā)生器的均方值為: : qIBin22噪聲發(fā)生器內(nèi)導(dǎo)為二極管小信號(hào)電導(dǎo)：噪聲發(fā)生器內(nèi)導(dǎo)為二極管小信號(hào)電導(dǎo)： sjdIInkTqRdVdIg1nkTqIgd10散粒噪聲的資用功率為：散粒噪聲的資用功率為： kTBngiNdna242等效電阻在室溫下的熱噪聲資用功率為等效電阻在室溫下的熱噪聲資用功率為 ，因此二極管的噪聲比為：，因此二極管的噪聲比為： BkT0002 TTnBkTNtad當(dāng)二極管溫度當(dāng)二極管溫度 時(shí)：時(shí)： 0TT

11、2ntd 由于對(duì)于理想肖特基勢壘由于對(duì)于理想肖特基勢壘 ，那么，那么 。思索到其它各種要素，。思索到其它各種要素，可以為可以為 。實(shí)踐上對(duì)于性能較好的管子。實(shí)踐上對(duì)于性能較好的管子 ，較差的能夠到達(dá)，較差的能夠到達(dá) 。 1n21dt1dt2 . 1dt2dt肖特基勢壘二極管112.3.1 構(gòu)造構(gòu)造 由于由于PNPN結(jié)上空間電荷層的存在，將會(huì)出現(xiàn)結(jié)電容主要是勢結(jié)上空間電荷層的存在，將會(huì)出現(xiàn)結(jié)電容主要是勢壘電容，這部分結(jié)電容將隨著加于壘電容，這部分結(jié)電容將隨著加于PNPN結(jié)上的外電壓改動(dòng)，利用結(jié)上的外電壓改動(dòng)，利用這一特性構(gòu)造了變?nèi)荻O管。它可作為非線性可變電抗運(yùn)用，構(gòu)這一特性構(gòu)造了變?nèi)荻O管。它

12、可作為非線性可變電抗運(yùn)用，構(gòu)成參量放大器、參量變頻器、參量倍頻器諧波發(fā)生器、可變成參量放大器、參量變頻器、參量倍頻器諧波發(fā)生器、可變衰減或調(diào)制器等。衰減或調(diào)制器等。 2. 3 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管 兩種兩種PNPN結(jié)二極管構(gòu)造結(jié)二極管構(gòu)造N+N+襯底襯底N N層層氧化層氧化層金屬金屬歐姆接觸金屬歐姆接觸金屬P P層層N+N+襯底襯底N N層層氧化層氧化層金屬金屬歐姆接觸金屬歐姆接觸金屬P P層層平面型構(gòu)造平面型構(gòu)造臺(tái)式型構(gòu)造臺(tái)式型構(gòu)造12 是外加電壓的函數(shù)，在反偏壓下可達(dá)是外加電壓的函數(shù)，在反偏壓下可達(dá)兆歐量級(jí)。兆歐量級(jí)。 變?nèi)荻O管2.3.2 等效電路等效電路PN結(jié)二極管等效電路結(jié)二極管等效

13、電路sLjRjCsRpC 在零偏壓下，在零偏壓下， 值約為值約為0.1-1.0pF 0.1-1.0pF 。 jR) 0(jC 引線電感，通常小于引線電感，通常小于1nH1nH。sL 管殼電容，通常小于管殼電容，通常小于1pF1pF。 pC 通常為通常為1 15 5 ，也應(yīng)該是外加電壓的，也應(yīng)該是外加電壓的函數(shù)，由于其值很小，可近似以為是常量。函數(shù)，由于其值很小，可近似以為是常量。 sR變?nèi)莨茈娐贩?hào)變?nèi)莨茈娐贩?hào)13變?nèi)荻O管2.3.3 特性特性重?fù)诫s突變重?fù)诫s突變P PN N結(jié)的勢壘電容可表示為：結(jié)的勢壘電容可表示為： 2100012tDrrrtVNqAAC可以為此電容即是結(jié)電容，對(duì)應(yīng)結(jié)上的

14、電壓可以為此電容即是結(jié)電容，對(duì)應(yīng)結(jié)上的電壓 VVt 21212100210010 122VCVqNAVqNAVCjrDrrDrj思索到緩變結(jié)或其它一些特殊結(jié)類型，結(jié)電容值可一致表示為：思索到緩變結(jié)或其它一些特殊結(jié)類型，結(jié)電容值可一致表示為： mjjVCVC10 m稱為結(jié)電容非線性系數(shù)，它的大小取決于半稱為結(jié)電容非線性系數(shù)，它的大小取決于半導(dǎo)體中摻雜濃度的分布形狀，反映了電容隨外加導(dǎo)體中摻雜濃度的分布形狀，反映了電容隨外加電壓變化的快慢。電壓變化的快慢。 14變?nèi)荻O管對(duì)于突變對(duì)于突變PN結(jié)，結(jié)， ，電容變化較快；，電容變化較快； 21m對(duì)于線性緩變結(jié)，對(duì)于線性緩變結(jié)， 31m變?nèi)莨茈妷弘娙萏匦?/p>

15、變?nèi)莨茈妷弘娙萏匦?BVVjC 0jCminC 管子普通任務(wù)于反偏形狀，反偏壓的絕管子普通任務(wù)于反偏形狀，反偏壓的絕對(duì)值越大，結(jié)電容值越小。對(duì)值越大，結(jié)電容值越小。 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，稱為超突變結(jié)，其電容時(shí)，稱為超突變結(jié)，其電容在某一反偏壓范圍內(nèi)隨電壓變化很陡，一在某一反偏壓范圍內(nèi)隨電壓變化很陡，一般可用于電調(diào)諧器件；般可用于電調(diào)諧器件； 65 . 0m當(dāng)當(dāng) 時(shí)，由于結(jié)電容與偏壓平方成反比，由結(jié)電容構(gòu)成的調(diào)諧時(shí)，由于結(jié)電容與偏壓平方成反比，由結(jié)電容構(gòu)成的調(diào)諧回路的諧振頻率與偏壓成線性關(guān)系，有利于壓控振蕩器實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻。回路的諧振頻率與偏壓成線性關(guān)系，有利于壓控振蕩器實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻。 2m當(dāng)當(dāng) 時(shí)，近似可

16、以為時(shí)，近似可以為 ，結(jié)電容近似不變，稱，結(jié)電容近似不變，稱為階躍恢復(fù)結(jié)。為階躍恢復(fù)結(jié)。 301151m0m15變?nèi)荻O管變?nèi)莨艿娜蝿?wù)電壓限制在變?nèi)莨艿娜蝿?wù)電壓限制在 和和 之間，即：之間，即： BVVVB當(dāng)變?nèi)莨芡瑫r(shí)加上直流負(fù)偏壓和交流時(shí)變偏壓，即：當(dāng)變?nèi)莨芡瑫r(shí)加上直流負(fù)偏壓和交流時(shí)變偏壓，即： tVVtvPPdccos tVtvPPPcos為泵浦電壓為泵浦電壓 mPdcjmPPdcjjtpVCtVVCtCcos1cos10 mdcjdcjVCVC10dcPVVp 時(shí)的任務(wù)形狀稱之為滿泵任務(wù)形狀或滿泵鼓勵(lì)形狀，時(shí)的任務(wù)形狀稱之為滿泵任務(wù)形狀或滿泵鼓勵(lì)形狀， 稱為欠泵任務(wù)形狀會(huì)欠泵鼓勵(lì)形狀，稱

17、為欠泵任務(wù)形狀會(huì)欠泵鼓勵(lì)形狀， 稱為過泵任務(wù)形狀或過泵鼓勵(lì)形狀。稱為過泵任務(wù)形狀或過泵鼓勵(lì)形狀。 1p1p1p16變?nèi)荻O管時(shí)變電容隨泵浦電壓周期變化波形時(shí)變電容隨泵浦電壓周期變化波形00 tCjtjCVdcVBV tvt是周期為泵頻是周期為泵頻 的周期函數(shù)的周期函數(shù), ,可以用傅立葉級(jí)數(shù)展開為：可以用傅立葉級(jí)數(shù)展開為： P ntjncnntjnnjPPeCeCtC0 tdetCCPtjnjnP21*nnCC0CCncndcjVCC 017變?nèi)荻O管1C稱為基波電容，它是基波幅度的一半稱為基波電容，它是基波幅度的一半; ; cn稱為稱為n n次諧波電容調(diào)制系數(shù)、參量鼓勵(lì)系數(shù)或泵浦系數(shù)，是表示變

18、次諧波電容調(diào)制系數(shù)、參量鼓勵(lì)系數(shù)或泵浦系數(shù)，是表示變?nèi)莨茉诮涣鞴膭?lì)下非線性特性的一個(gè)重要參量。容管在交流鼓勵(lì)下非線性特性的一個(gè)重要參量。 mdcjjxVCtC 1求得求得 和和 0Ccn 曲線曲線0 01.61.61.01.01.01.0突變結(jié)突變結(jié)線性結(jié)線性結(jié) 曲線曲線0 00.50.50 01.01.0突變結(jié)突變結(jié)線性結(jié)線性結(jié)dcjVCC0011CCcpppVCCdcj0pCCc01118變?nèi)荻O管分析變?nèi)莨芴匦詴r(shí)，有時(shí)也運(yùn)用分析變?nèi)莨芴匦詴r(shí)，有時(shí)也運(yùn)用“倒電容倒電容 來表征特性：來表征特性： tSj mPdcjjjtpVStCtScos11dcjdcjVCVS1靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)倒電容：靜態(tài)任務(wù)

19、點(diǎn)倒電容： ntjnsnntjnnjPPeSeStS0 dcjVCC 00011CVCVSSdcjdcj0SSnsn101011scSSCC19變?nèi)荻O管2.3.4 特性參量特性參量 表征變?nèi)莨芴匦缘奶匦詤⒘砍饲懊嬖?jīng)引見過的相對(duì)泵幅、表征變?nèi)莨芴匦缘奶匦詤⒘砍饲懊嬖?jīng)引見過的相對(duì)泵幅、電容電彈調(diào)制系數(shù)等以外，還有靜態(tài)質(zhì)量因數(shù)和截止頻率，以電容電彈調(diào)制系數(shù)等以外，還有靜態(tài)質(zhì)量因數(shù)和截止頻率，以及動(dòng)態(tài)質(zhì)量因數(shù)和截止頻率。及動(dòng)態(tài)質(zhì)量因數(shù)和截止頻率。 靜態(tài)質(zhì)量要素靜態(tài)質(zhì)量要素dcVQsdcjsdcjdcRVfCRVCVQ211 它表征變?nèi)莨軆?chǔ)存交流能量與耗費(fèi)能量之比，越高闡明管子損它表征變?nèi)莨軆?chǔ)

20、存交流能量與耗費(fèi)能量之比，越高闡明管子損耗越小。當(dāng)偏壓一定時(shí)，結(jié)電容值一定，任務(wù)頻率越高，就越低。耗越小。當(dāng)偏壓一定時(shí)，結(jié)電容值一定，任務(wù)頻率越高，就越低。 20變?nèi)荻O管 靜態(tài)截止頻率靜態(tài)截止頻率定義當(dāng)頻率升高使得定義當(dāng)頻率升高使得 的頻率為變?nèi)莨茉谥绷髌珘旱念l率為變?nèi)莨茉谥绷髌珘?下的下的截止頻率截止頻率 dccVf1dcVQdcVdccVfsdcjdccRVCVf21 上述兩個(gè)參量是當(dāng)變?nèi)莨軆H有直流偏壓作用時(shí)性能的表征，故上述兩個(gè)參量是當(dāng)變?nèi)莨軆H有直流偏壓作用時(shí)性能的表征，故稱為靜態(tài)參量。由于結(jié)電容是偏壓的函數(shù)，因此普通以零偏壓時(shí)的稱為靜態(tài)參量。由于結(jié)電容是偏壓的函數(shù)，因此普通以零偏壓時(shí)

21、的 及及 作為比較管子的參數(shù)目的。另外普通規(guī)定在反向擊穿電作為比較管子的參數(shù)目的。另外普通規(guī)定在反向擊穿電壓時(shí)的截止頻率為額定截止頻率：壓時(shí)的截止頻率為額定截止頻率： 0Q 0cfsBcRCVfmin2121 動(dòng)態(tài)質(zhì)量因數(shù)動(dòng)態(tài)質(zhì)量因數(shù) 下面兩個(gè)參量是在直流偏壓和交流泵浦共同作用下變?nèi)莨芴匦韵旅鎯蓚€(gè)參量是在直流偏壓和交流泵浦共同作用下變?nèi)莨芴匦缘谋碚鳎Q為動(dòng)態(tài)參量。的表征，稱為動(dòng)態(tài)參量。 變?nèi)荻O管 動(dòng)態(tài)截止頻率動(dòng)態(tài)截止頻率 和和 是在直流偏壓和交流泵浦共同作用下變?nèi)莨茈娙莸淖钍窃谥绷髌珘汉徒涣鞅闷止餐饔孟伦內(nèi)莨茈娙莸淖钚『妥畲笾?。小和最大值?minCmaxCdccscVfCCRfmaxmi

22、n1121dcssVQRCCSRSQ001122 階躍恢復(fù)二極管，簡稱為階躍管階躍恢復(fù)二極管，簡稱為階躍管SRDSRD。利用階躍管由導(dǎo)。利用階躍管由導(dǎo)通恢復(fù)到截止的電流突變可以構(gòu)成窄脈沖輸出，也可以利用其豐通恢復(fù)到截止的電流突變可以構(gòu)成窄脈沖輸出，也可以利用其豐富諧波作為梳狀頻譜發(fā)生器或高次倍頻器。富諧波作為梳狀頻譜發(fā)生器或高次倍頻器。 本節(jié)將引見階躍恢復(fù)二極管的構(gòu)造、任務(wù)原理及特性參量和本節(jié)將引見階躍恢復(fù)二極管的構(gòu)造、任務(wù)原理及特性參量和等效電路。等效電路。 2. 4 階躍恢復(fù)二極管階躍恢復(fù)二極管 2.4.1 構(gòu)造構(gòu)造階躍管管芯構(gòu)造與摻雜濃度分布階躍管管芯構(gòu)造與摻雜濃度分布N+層N層I層金屬

23、歐姆接觸金屬P+層氧化層P+ N N+101910151019232.4.2 任務(wù)原理及特性參量任務(wù)原理及特性參量 階躍恢復(fù)二極管1. 1. 階躍管特性階躍管特性 301151m0m 00010 CCVCVCjjj階躍管電壓電容特性階躍管電壓電容特性0jCV0CdC 結(jié)電容在反偏時(shí)近似不變，這種結(jié)電容在反偏時(shí)近似不變，這種PNPN結(jié)結(jié)稱為階躍恢復(fù)結(jié)，階躍管正是利用了階躍稱為階躍恢復(fù)結(jié)，階躍管正是利用了階躍恢復(fù)結(jié)的特征，使得階躍管在反偏時(shí)近似恢復(fù)結(jié)的特征，使得階躍管在反偏時(shí)近似為一個(gè)不變的小電容處于高阻形狀，近為一個(gè)不變的小電容處于高阻形狀，近似開路。似開路。 當(dāng)其處在正偏時(shí)，當(dāng)其處在正偏時(shí)，P

24、 P區(qū)分散到區(qū)分散到N N層的層的空穴由于空穴由于N N層的摻雜濃度低而復(fù)合率低，層的摻雜濃度低而復(fù)合率低，NN+NN+結(jié)由于濃度不同構(gòu)成的內(nèi)建電場由結(jié)由于濃度不同構(gòu)成的內(nèi)建電場由N+N+指向指向N N方向，阻止空穴向方向，阻止空穴向N+N+層分散，因此層分散，因此在在N N層中儲(chǔ)存了大量的電荷，構(gòu)成了較大層中儲(chǔ)存了大量的電荷，構(gòu)成了較大的分散電容處于低阻形狀，近似短路。的分散電容處于低阻形狀，近似短路。 相當(dāng)于一個(gè)電容開關(guān)，也被稱相當(dāng)于一個(gè)電容開關(guān)，也被稱為電荷儲(chǔ)存二極管。為電荷儲(chǔ)存二極管。24階躍恢復(fù)二極管2. 2. 任務(wù)原理任務(wù)原理 在大信號(hào)交流電壓鼓勵(lì)下，正是由于階躍管在正偏下有大量的

25、電在大信號(hào)交流電壓鼓勵(lì)下，正是由于階躍管在正偏下有大量的電荷儲(chǔ)存，使得它實(shí)踐上電容的開關(guān)形狀轉(zhuǎn)換并不發(fā)生在外電壓由正半荷儲(chǔ)存，使得它實(shí)踐上電容的開關(guān)形狀轉(zhuǎn)換并不發(fā)生在外電壓由正半周到負(fù)半周的轉(zhuǎn)變時(shí)辰。周到負(fù)半周的轉(zhuǎn)變時(shí)辰。 1 1大信號(hào)交流電壓正大信號(hào)交流電壓正半周加在階躍管上半周加在階躍管上 2 2信號(hào)電壓進(jìn)入負(fù)半信號(hào)電壓進(jìn)入負(fù)半周周 3 3大信號(hào)交流鼓勵(lì)電大信號(hào)交流鼓勵(lì)電壓的下一個(gè)周期降臨后壓的下一個(gè)周期降臨后 正弦電壓鼓勵(lì)下階躍管的電流、電壓波形正弦電壓鼓勵(lì)下階躍管的電流、電壓波形000 tvSttt ti tvd25階躍恢復(fù)二極管3.3.與混頻、檢波或高速開關(guān)二極管的對(duì)比與混頻、檢波或

26、高速開關(guān)二極管的對(duì)比 對(duì)混頻、檢波或高速開關(guān)二極管來說，其整流特性要求注入少子的對(duì)混頻、檢波或高速開關(guān)二極管來說，其整流特性要求注入少子的壽命要遠(yuǎn)小于信號(hào)周期。當(dāng)加在二極管上的正向電壓逐漸減小時(shí)，少子壽命要遠(yuǎn)小于信號(hào)周期。當(dāng)加在二極管上的正向電壓逐漸減小時(shí)，少子濃度將逐漸減小，注入的少子也將很快復(fù)合掉，所以當(dāng)電壓從正向轉(zhuǎn)為濃度將逐漸減小，注入的少子也將很快復(fù)合掉，所以當(dāng)電壓從正向轉(zhuǎn)為反向時(shí)，幾乎已沒有多少剩余的尚未來得及復(fù)合的存儲(chǔ)少子，因此只形反向時(shí)，幾乎已沒有多少剩余的尚未來得及復(fù)合的存儲(chǔ)少子，因此只形成很小的反向飽和電流，其開關(guān)特性轉(zhuǎn)換幾乎發(fā)生在偏壓由正向轉(zhuǎn)向反成很小的反向飽和電流，其開關(guān)

27、特性轉(zhuǎn)換幾乎發(fā)生在偏壓由正向轉(zhuǎn)向反向的同時(shí)。向的同時(shí)。 由于采取了措施增大了階躍管的少子壽命，這時(shí)少子的復(fù)合速度跟由于采取了措施增大了階躍管的少子壽命，這時(shí)少子的復(fù)合速度跟不上交流電壓的變化，當(dāng)電壓從正向轉(zhuǎn)為反向時(shí)，正向注入的儲(chǔ)存電荷不上交流電壓的變化，當(dāng)電壓從正向轉(zhuǎn)為反向時(shí)，正向注入的儲(chǔ)存電荷遠(yuǎn)未復(fù)合完，由勢壘區(qū)的電場把剩余的儲(chǔ)存少子遠(yuǎn)未復(fù)合完，由勢壘區(qū)的電場把剩余的儲(chǔ)存少子“吸出，由此構(gòu)成較大吸出，由此構(gòu)成較大的反向電流，直到儲(chǔ)存電荷根本耗盡，反向電流才陡降為反向飽和電流。的反向電流，直到儲(chǔ)存電荷根本耗盡，反向電流才陡降為反向飽和電流。 階躍管在交流負(fù)半周的相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，依然處于階躍管在

28、交流負(fù)半周的相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，依然處于“導(dǎo)通形狀，使導(dǎo)通形狀，使其高頻整流作用失效。管子其高頻整流作用失效。管子“導(dǎo)通與導(dǎo)通與“截止兩種形狀的轉(zhuǎn)換時(shí)辰不再是截止兩種形狀的轉(zhuǎn)換時(shí)辰不再是外加電壓從正變負(fù)的時(shí)辰，而是在管子儲(chǔ)存電荷根本去除完的時(shí)辰。外加電壓從正變負(fù)的時(shí)辰，而是在管子儲(chǔ)存電荷根本去除完的時(shí)辰。 26階躍恢復(fù)二極管正弦電壓鼓勵(lì)下階躍管與檢波管的比較正弦電壓鼓勵(lì)下階躍管與檢波管的比較000階躍管檢波管 tvStt tit ti27階躍恢復(fù)二極管4. 4. 特性參量特性參量 階躍管的特性參量主要有少數(shù)載流子壽命階躍管的特性參量主要有少數(shù)載流子壽命 、儲(chǔ)存時(shí)間、儲(chǔ)存時(shí)間 、階躍時(shí)間階躍時(shí)間 、

29、反向擊穿電壓、截止頻率、反偏結(jié)電容、質(zhì)量因數(shù)、反向擊穿電壓、截止頻率、反偏結(jié)電容、質(zhì)量因數(shù)和最大耗散功率等。其中對(duì)階躍管任務(wù)有特殊意義的是少數(shù)載流子和最大耗散功率等。其中對(duì)階躍管任務(wù)有特殊意義的是少數(shù)載流子壽命壽命 與儲(chǔ)存時(shí)間與儲(chǔ)存時(shí)間 和階躍時(shí)間和階躍時(shí)間 。 ststtttt1 1少數(shù)載流子壽命少數(shù)載流子壽命 與儲(chǔ)存時(shí)間與儲(chǔ)存時(shí)間 st 少數(shù)載流子壽命表示少數(shù)載流子由于復(fù)合而減少到原值的少數(shù)載流子壽命表示少數(shù)載流子由于復(fù)合而減少到原值的 所需的時(shí)間。所需的時(shí)間。 e1的值越大，意味著儲(chǔ)存電荷越多，反向電流的幅值就越大。的值越大，意味著儲(chǔ)存電荷越多，反向電流的幅值就越大。 儲(chǔ)存時(shí)間表示存儲(chǔ)電

30、荷去除過程所需的時(shí)間，即從電流由儲(chǔ)存時(shí)間表示存儲(chǔ)電荷去除過程所需的時(shí)間，即從電流由正向跳變到反向開場，直到二極管儲(chǔ)存電荷大部分被去除，二正向跳變到反向開場，直到二極管儲(chǔ)存電荷大部分被去除，二極管上電壓為零止的時(shí)間。顯然極管上電壓為零止的時(shí)間。顯然 越長，越長， 越大。越大。 st28階躍恢復(fù)二極管2 2階躍時(shí)間階躍時(shí)間 tt 階躍時(shí)間全稱為階躍恢復(fù)時(shí)間，表示由反導(dǎo)游通形狀變到階躍時(shí)間全稱為階躍恢復(fù)時(shí)間，表示由反導(dǎo)游通形狀變到反向截止形狀所需的過渡時(shí)間，工程上定義為反向電流由峰值反向截止形狀所需的過渡時(shí)間，工程上定義為反向電流由峰值的的8080或或9090或下降到峰值的或下降到峰值的2020或或

31、1010所需的時(shí)間。所需的時(shí)間。 越小，電流階躍越陡，包含的高次諧波越豐富。理想階越小，電流階躍越陡，包含的高次諧波越豐富。理想階躍管的階躍時(shí)間應(yīng)有躍管的階躍時(shí)間應(yīng)有 ，但實(shí)踐上只能到達(dá)幾十悄然秒。，但實(shí)踐上只能到達(dá)幾十悄然秒。 0tttt 由于階躍管采用了特殊構(gòu)造，可以使大量儲(chǔ)存電荷有效地由于階躍管采用了特殊構(gòu)造，可以使大量儲(chǔ)存電荷有效地緊縮在很薄地緊縮在很薄地N N層范圍內(nèi)，這樣即加大了少數(shù)載流子壽命，又減層范圍內(nèi)，這樣即加大了少數(shù)載流子壽命，又減小了階躍時(shí)間，使階躍管任務(wù)特性良好。但很薄的小了階躍時(shí)間，使階躍管任務(wù)特性良好。但很薄的N N層又使階躍層又使階躍管的反向擊穿電壓降低，功率容量

32、變小。管的反向擊穿電壓降低，功率容量變小。 29階躍恢復(fù)二極管2.4.3 等效電路等效電路 階躍管等效電路階躍管等效電路導(dǎo)通期間導(dǎo)通期間截止期間截止期間jRDCsR0CsR0C 階躍管電路符號(hào)階躍管電路符號(hào)30 PIN PIN二極管是一種在微波控制電路中運(yùn)用非常廣泛的器件，二極管是一種在微波控制電路中運(yùn)用非常廣泛的器件，具有體積小、分量輕、控制快、損耗小、控制功率大等優(yōu)點(diǎn)，具有體積小、分量輕、控制快、損耗小、控制功率大等優(yōu)點(diǎn)，適用于微波開關(guān)、限幅器、可變衰減器、移相器等電路。適用于微波開關(guān)、限幅器、可變衰減器、移相器等電路。 本節(jié)引見本節(jié)引見PINPIN二極管的構(gòu)造、特性和任務(wù)原理。二極管的構(gòu)

33、造、特性和任務(wù)原理。 2. 5 PIN二極管二極管 2.5.1 構(gòu)造構(gòu)造 PIN PIN二極管的構(gòu)造是在重?fù)诫s的二極管的構(gòu)造是在重?fù)诫s的P+P+和和N+N+區(qū)之間參與一個(gè)未摻雜區(qū)之間參與一個(gè)未摻雜的本征層的本征層I I層構(gòu)成的。實(shí)踐上不能夠真正實(shí)現(xiàn)層構(gòu)成的。實(shí)踐上不能夠真正實(shí)現(xiàn)I I層，只能使雜質(zhì)含層，只能使雜質(zhì)含量足夠低。量足夠低。中間層是低摻雜的中間層是低摻雜的P P型半導(dǎo)體，稱為型半導(dǎo)體，稱為P NP N管管中間層是低摻雜的中間層是低摻雜的N N型半導(dǎo)體，稱為型半導(dǎo)體，稱為P NP N管管 PINPIN管空間電荷區(qū)管空間電荷區(qū)P區(qū)區(qū)I區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū)31PIN二極管PIN管管芯構(gòu)造管管芯構(gòu)造N

34、層層I層層氧化層氧化層金屬金屬歐姆接觸金屬歐姆接觸金屬P層層N層層I層層氧化層氧化層金屬金屬歐姆接觸金屬歐姆接觸金屬P層層 平面型構(gòu)造平面型構(gòu)造臺(tái)式型構(gòu)造臺(tái)式型構(gòu)造2.5.2 特性特性 由于分散作用，空穴和電子分別向由于分散作用，空穴和電子分別向I I層分散，然后在層分散，然后在I I層由于復(fù)層由于復(fù)協(xié)作用而消逝。同時(shí)，在協(xié)作用而消逝。同時(shí)，在P P層和層和N N層接近層接近I I層的邊境，分別建立起帶負(fù)層的邊境，分別建立起帶負(fù)電和帶正電的空間電荷層電和帶正電的空間電荷層( (耗盡層和接觸勢壘，其電場阻撓空穴和耗盡層和接觸勢壘，其電場阻撓空穴和電子繼續(xù)向電子繼續(xù)向I I層注入。因此層注入。因此

35、I I層堅(jiān)持本征不導(dǎo)電形狀，層堅(jiān)持本征不導(dǎo)電形狀，PINPIN管不能導(dǎo)通，管不能導(dǎo)通，處于高阻形狀。處于高阻形狀。 1 1直流與低頻特性直流與低頻特性 1 1零偏壓下零偏壓下 32PIN二極管2 2PINPIN管加正向偏壓管加正向偏壓 外加電場方向與勢壘電場方向相反，勢壘高度將降低，空間電荷外加電場方向與勢壘電場方向相反，勢壘高度將降低，空間電荷層變薄，因此層變薄，因此P P層和層和N N層的空穴和電子將向?qū)拥目昭ê碗娮訉⑾騃 I層注入，并在層注入，并在I I層中因復(fù)合層中因復(fù)合而消逝。而消逝。 I I層存在大量的數(shù)量相等而符號(hào)相反的載流子，出現(xiàn)了層存在大量的數(shù)量相等而符號(hào)相反的載流子，出現(xiàn)了

36、“等離子體等離子體形狀，也就是導(dǎo)電形狀，因此宏觀上電流川流不息地流過形狀，也就是導(dǎo)電形狀，因此宏觀上電流川流不息地流過PINPIN管，管，PINPIN管呈現(xiàn)低阻。外加電壓越大，正向電流也越大，電阻是降低的。管呈現(xiàn)低阻。外加電壓越大，正向電流也越大，電阻是降低的。 3 3PINPIN管加上反向偏壓管加上反向偏壓 外加電場方向與勢壘電場方向一樣，勢壘升高，空間電荷層外加電場方向與勢壘電場方向一樣，勢壘升高，空間電荷層變寬，其不導(dǎo)電程度比零偏壓更甚。變寬，其不導(dǎo)電程度比零偏壓更甚。 假設(shè)偏壓是低頻的交變電壓，只需滿足交變電壓周期，假設(shè)偏壓是低頻的交變電壓，只需滿足交變電壓周期，I I層層的導(dǎo)電形狀完

37、全可以跟隨信號(hào)周期的變化：正半周導(dǎo)通，負(fù)半周的導(dǎo)電形狀完全可以跟隨信號(hào)周期的變化：正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止。截止。 33PIN二極管PINPIN管與管與PNPN結(jié)二極管的特性比較：結(jié)二極管的特性比較： 在直流和低頻偏壓下，在直流和低頻偏壓下，PINPIN管同樣具有整流特性，這一點(diǎn)與管同樣具有整流特性，這一點(diǎn)與PNPN結(jié)結(jié)變?nèi)莨芤粯印Ｗ內(nèi)莨芤粯印?由于在由于在P P層和層和N N層之間插入了一層未摻雜的層之間插入了一層未摻雜的I I層，其耗盡層寬度層，其耗盡層寬度加寬了，因此加寬了，因此PINPIN管具有更小的結(jié)電容，并能接受更高的反向擊穿管具有更小的結(jié)電容，并能接受更高的反向擊穿電壓，可處置更大

38、的功率；電壓，可處置更大的功率； 在反偏壓到達(dá)一定程度時(shí)，在反偏壓到達(dá)一定程度時(shí)，I I層完全處于耗盡形狀，結(jié)電容相層完全處于耗盡形狀，結(jié)電容相當(dāng)于以當(dāng)于以P+P+和和N+N+層為極板的平板電容，由于極板間距不會(huì)隨反偏壓層為極板的平板電容，由于極板間距不會(huì)隨反偏壓增大而再增大了，增大而再增大了，PINPIN管可看作是一個(gè)恒定電容器件。管可看作是一個(gè)恒定電容器件。 34PIN二極管 當(dāng)一個(gè)當(dāng)一個(gè)PINPIN管處在直流或低頻電壓與微波電壓共同作用下管處在直流或低頻電壓與微波電壓共同作用下時(shí)，其特性將發(fā)生顯著的改動(dòng)。由于此時(shí)微波信號(hào)周期時(shí)，其特性將發(fā)生顯著的改動(dòng)。由于此時(shí)微波信號(hào)周期 ，PINPIN管管I I層的導(dǎo)電形狀曾經(jīng)來不及跟隨微波信號(hào)正負(fù)變化了。層的導(dǎo)電形狀曾經(jīng)來不及跟隨微波信號(hào)正負(fù)變化了。 2 2微波特性微波特性 1 1PINPIN管處在直流或低頻正向偏壓下管處在直流或低頻正向偏壓下 wTmAI1000CIQ700105大幅度微波信號(hào)：大幅度微波信號(hào)： AI501在微波信號(hào)正半周期間，加在在微波信號(hào)正半周期間，加在PINPIN管上的總偏壓處于正向形狀，管上的總偏壓處于正向形狀，這時(shí)這時(shí)PINPIN管是導(dǎo)通和低阻的，大幅度的微波電流將流過管是導(dǎo)通和