微波控制電路

1、微波控制電路微波控制電路 目錄目錄PN結(jié)結(jié)PIN二極管開關(guān)和衰減器移相器PN結(jié)結(jié) 概念 PN結(jié)耗盡層 擴(kuò)散電流和漂流電流 正向偏置和反向偏置 耗盡層寬度調(diào)制 反向擊穿 采用不同的摻雜工藝，通過擴(kuò)散作用，將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一塊半導(dǎo)體（通常是硅或鍺）基片上，在它們的交界面就形成空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)（英語：PN junction）。P型半導(dǎo)體即空穴濃度遠(yuǎn)大于自由電子濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體。 PN結(jié)耗盡層PN結(jié)的空間電荷區(qū)是一個完全不存在載流子的區(qū)域。電子和空穴都被耗盡PN結(jié)中多子從濃度大向濃度小的區(qū)域擴(kuò)散產(chǎn)生擴(kuò)散電流。載流子在熱運(yùn)動的同時，由于電場作用而產(chǎn)生的沿電場力方向的定向運(yùn)動稱作漂移運(yùn)

2、動，所構(gòu)成的電流為漂移電流。零偏置下擴(kuò)散電流等于漂移電流 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦?. 外加正向電壓(正向偏置)P 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū)內(nèi)電場內(nèi)電場+ UR外電場外電場外電場使多子向 PN 結(jié)移動,中和部分離子使空間電荷區(qū)變窄。 IF擴(kuò)散運(yùn)動加強(qiáng)形成正向電流 IF 。IF = I多子 I少子 I多子2. 外加反向電壓(反向偏置)P 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū) +UR內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場外電場使少子背離 PN 結(jié)移動，空間電荷區(qū)變寬。IR漂移運(yùn)動加強(qiáng)形成反向電流 IRIR = I少子 0變窄結(jié)論P(yáng) 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū)+ RIDP 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū) +RIRPN 結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珪r導(dǎo)通，結(jié)電阻很小，電流較大; 反偏時截止，結(jié)

3、電阻很大，電流近似為零。電流較大電流近似為零正向電壓反向電壓材料材料開啟電壓開啟電壓導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流反向飽和電流硅硅Si0.5V0.50.8V1A以下以下鍺鍺Ge0.1V0.10.3V幾十幾十A擊穿電壓反向飽和電流開啟電壓伏安特性曲線反向擊穿當(dāng)反向電壓超過UBR后稍有增加時，反向電流會急劇增大，這種現(xiàn)象稱為(PN結(jié))反向擊穿，并定義UBR為(PN結(jié))反向擊穿電壓。PN結(jié)的電容效應(yīng)1) 勢壘電容勢壘電容 PN結(jié)外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累結(jié)外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢壘電容和釋放

4、的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢壘電容Cb。2) 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容 PN結(jié)外加的正向電壓變化時，在擴(kuò)散路程中載流子的濃度及結(jié)外加的正向電壓變化時，在擴(kuò)散路程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容稱為擴(kuò)散電容Cd。dbjCCC結(jié)電容：結(jié)電容： 結(jié)電容不是常量！若結(jié)電容不是常量！若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦?！去單向?qū)щ娦?！PIN二極管二極管 概念 參數(shù) 等效電路 偏置 影響性能的因素在P和N半導(dǎo)體材料之間加入一薄層低摻雜的本征半導(dǎo)體層，

5、組成的這種P-I-N結(jié)構(gòu)的二極管。重?fù)诫sp區(qū)和n區(qū)和電阻率極高的p或n。 概念概念一些要點(diǎn)使耗盡層達(dá)到N+區(qū)的電壓叫做穿通電壓。流過兩元件的電流相等時的頻率，叫做弛豫頻率fR。二極管I區(qū)電阻率不低于100歐厘米，對應(yīng)fR=1.53GHZ。I區(qū)電阻率可由I區(qū)寬度測出，I區(qū)寬度一般已知。渡越時間與載流子壽命概念：上游信號傳到下游的時間。300K室溫，渡越頻率f=1300/w，w為I區(qū)寬度，單位微米。I區(qū)寬度一般是25到250微米。二極管載流子壽命典型值是0.1-10微秒。由載流子壽命，可證明I區(qū)總計累電荷是由偏置電流產(chǎn)生，不由瞬時值決定。R和截止頻率正向偏置Ri=W/(2I)反向偏置結(jié)點(diǎn)容電容越小

6、，開路越好R越小，損耗越小，短路越明顯Fc=1/(2Cj(RiRf)射頻功率極限正向偏置，二極管管芯電阻約為1歐姆。300到400攝氏度是二極管承受極限。在一定穩(wěn)定范圍，溫度越高，壽命越短。反向偏置下，V擊穿電壓一般額定電壓設(shè)定為擊穿電壓的二分之一。開關(guān)、衰減器和移相器開關(guān)、衰減器和移相器 概念 分類 參數(shù) 設(shè)計 同行產(chǎn)品微波開關(guān)通過控制實(shí)現(xiàn)開，關(guān)兩種狀態(tài)的組件。微波開關(guān)分類(一)反射和吸收反射式開關(guān)是通過PIN二極管導(dǎo)通時把輸入的微波信號反射回去而起到隔離作用的，因此在“開”狀態(tài)下的駐波較好，而在“關(guān)” 狀態(tài)下的駐波很差；吸收式開關(guān)則采用了負(fù)載吸收PIN二極管導(dǎo)通時的反射信號，從而改善了端口

7、駐波，因此其“開”與“斷”狀態(tài)下的駐波都比較好。通常，反射式開關(guān)的承受功率要比吸收式開關(guān)大些。從工程應(yīng)用的角度來講，雖然其價格稍高，但是我們建議選用吸收式開關(guān)，因?yàn)樵陉P(guān)斷狀態(tài)它可以降低系統(tǒng)的級間牽引。微波開關(guān)分類（二）開關(guān)相關(guān)參數(shù)1 頻率范圍 ：微波開關(guān)范圍一般從幾十兆到幾十吉赫茲2 插入損耗 ：接入電路的損耗，一般損耗從0.5到3dB。3 駐波比：波幅電壓和波谷電壓幅度之比。和匹配有關(guān)，1.3dB以上4 隔離度：各端口直接的隔離。范圍40-80dB。5 開關(guān)時間：改變開關(guān)狀態(tài)所需時間，50-1000ns。6 功率：平均功率2W以上一般定義為大功率開關(guān)。衰減器衰減器是一種提供衰減的電子元器件。

8、它的主要用途是：（1）調(diào)整電路中信號的大?。唬?）在比較法測量電路中，可用來直讀被測網(wǎng)絡(luò)的衰減值；（3）改善阻抗匹配，若某些電路要求有一個比較穩(wěn)定的負(fù)載阻抗時，則可在此電路與實(shí)際負(fù)載阻抗之間插入一個衰減器，能夠緩沖阻抗的變化。衰減器相關(guān)參數(shù)1 頻率范圍 ：微波開關(guān)范圍一般從幾十兆到幾十吉赫茲2 插入損耗 ：接入電路的損耗，一般損耗從0.5到3dB。3 駐波比：波幅電壓和波谷電壓幅度之比。和匹配有關(guān)，1.3dB以上4 衰減值：范圍0到40dB左右。步進(jìn)1dB上下。5 衰減精度：決定衰減器性能指標(biāo)的6 承受功率：設(shè)計必須考慮的指標(biāo)之一移相器對波相位進(jìn)行調(diào)整的裝置。一般分為數(shù)字和模擬移相器數(shù)字移相器移相精度高，可調(diào)性高移相器相關(guān)參數(shù)1 頻率范圍 ：微波開關(guān)范圍一般從幾十兆到幾十吉