微波电子线路大作业教材

1、微波电子线路班级：021113 学号:02111206姓名：赵书宽肖特基势垒二极管肖特基势垒二极管是利用金属与半导体接触形成肖特基势垒而构成的一种微波二极管，它对外主要体现出非线性电阻特性， 是构成 微波阻性混频器、检波器、低噪声参量放大器、限幅器和微波开关等 的核心元件结构两种肖特基势垒二极管结点接触二极管和肖特基表面势垒二极管（简称肖特基势垒二极管）后者性能优于前者，原因是：点接触管表面不易清洁，针点压力会造成半导体表面畸变，因而 其接触势垒不是理想的肖特基势垒，受到机械震动时还会产生颤抖噪 声。但面结合型管子金半接触界面比较平整，不暴露而较易清洁，其 接触势垒几乎是理想的肖特基势垒。不同

2、的点接触管子生产时压接压力不同， 使肖特基结的直径不同, 因此性能一致性差，可靠性也差。但面结合型管子由于采用平面工艺， 因此管子性能稳定、一致性好、不易损坏。点接触型和面结合型二极管的典型封装结构可采用炮弹式、同轴式、微带式等。肖特基势垒二极管还有其它一些变形：如将点 接触和平面工艺优点结合起来的触须式肖特基势垒二极管，取消管 壳、靠加厚的引线来支撑的梁式引线肖特基势垒二极管等。一般地，肖特基势垒二极管的伏安特性可以表示为=f(u) = Ifl exp()-l= Ifiexp(aU)-l()如图是肖特基势垒二极管的伏安特性曲线假定二极管两端的电压由两部分构成：直流偏压 错误！未找 到引用源。

3、和交流信号错误！未找到引用源。二错误！未找到引用 源。cos错误！未找到引用源。，即就炒一仏卜 )兀器九：(2)代入式(1)，求得时变电流为-. ；fr(Utfc+/1cosd)Lt)根据式(1)得gft) = ai(t) + IE七 ai(t) = aIEexUdc + oeUL8s如0 1对式(3)进行傅里叶级数展开：i(t)=错误！未找到引用源。父流偏压的基ln=2lsexp( a I?波电流幅度Ii=Il：Jdc)Ji( a Ul)l /11屮丿匚二工根据贝塞尔函数的大宗量近似式，当 a Ul较大时，有Ide错误！未找到引用源。IL错误！未找到引用源。二极管对交流信号所呈现的电导为Gl

4、=错误！未找到引用源。交流偏压一定时，Gl随Ide的增大而增大，借助于Ude来调节Ide可以改变Gl的值，使交流信号得到匹配。二.变容二极管PN结的结电容（主要是势垒电容）随着外加电压的改变而改变，利用这一特性可以构成变容二极管（简称为变容管）。变容管作为非线性可变电抗器件，可以构成参量放大器、参量变频器、参量倍频器（谐波发生器）、可变衰减或调制器等。结构金属氧化层、P -N层N+衬衬底 欧姆接触金欧姆接触金平面型结构III台式型结构结电容可以表示为以下普遍形式:Cj(U)Cj(O)式中：m称为结电容非线性系数，取决于半导体中参杂浓度的分布状态给变容管加上直流负偏压Udc和交流信号（泵浦电压）

5、u p(t) = U p cos pt ,即卩u(t) =Udc UpCOSpt由上式得时变电容为Cj(t)Cj(O)U de + U p COS pt m1Cj(U dc)(1 pcos pt)m式中：Cj (0)U pCj(Udc)-Ud， p- :： U1 dc mU dc（简称相对泵幅），表明泵浦激励的强度。P=1时，为满泵工作状态;p1时，为过泵工作状态。典型的工作状Ic t两种PN结二极管结构态是p1且接近于1的欠泵激励状态，不会出现电流及相应的电流散 粒噪声。是周期为泵频的周期函数，可以用傅立叶级数展开为:二 c广cnejn ptCnCn-nCncnCoC0 C VdcC称为基波

6、电容，它是基波幅度的一半；Y cn称为n次谐波电容调制系数、参量激励系数或泵浦系数，是表示 变容管在交流激励下非线性特性的一个重要参量。-x求得C0和Y cnC t)Cj 7dc1CojCj V p 曲线yc G/C0P曲线分析变容管特性时，有时也使用倒电容” Sj(t)来表征特性:ASt 2CTSjVde-pe f静态工作点倒电容：Sj Vde = 1 VdeS t = J Snejn -Pt= Sosnejn ptC0 吒 C Me )So % Sj Vde ) = 1/C Vde ) - 1/Cocl_ C一 CoSiSo三阶越恢复二极管阶跃恢复二极管(SRD可以看做一种特殊的变容管，简

7、称阶跃 管。利用阶跃管由导通恢复到截止的电流突变可以构成窄脉冲输出， 也可以利用其丰富的谐波制作梳状频谱发生器或高次倍频器。+P+N金属:氧化层结构1）阶跃管特性:Cj(U)Cj(O)=Cj (0) - Co在反偏时结电容近似不变，为一个不变的小电容状态，近似开路）。正偏时，形成了较大的Oo（处于高阻态，近似短路）。阶跃管相当于一个电容开关。2 ）工作原理（1）大信号交流电压正半周加在阶跃管上时， 处于正D向导通 状态，阶跃管相当于一个低阻，阶跃管的端压 u位于PN结接触电势 差r管子中有电流i留过；阶跃管相当于一个大扩散电容 Cd，交流 信号将对其进行充电，由于空穴在N层的复合率比较低，因而

8、有大量 的空穴电荷在N区堆积起来。（2）信号电压进入负半周，使阶跃管内部产生的势垒电场把N 区内储存的空穴抽回P 层，产生很大的反向电流。这时阶跃管仍然 有很大的电容量，故阶跃管上的电压降不能突变，管子中仍然有较大 的电流，呈现出导通和低阻状态，因此阶跃管端压仍然正向而且位于r直到正向时存储的电荷基本清除完。一旦电荷耗尽，反向电流将 迅速下降到反向饱和电流，形成电流阶跃。调整直流偏压，可以使电 流阶跃发生在反向电流最大值处，而且是交流电压负半周即将结束的 时刻。在电流发生阶跃的同时，阶跃管两端将可能发生很大的脉冲电 压。（3）大信号交流激励电压的下一个周期来临。 上述过程重复发 生，形成与交流

9、激励电压周期相同的一个脉冲串序列波形。与混频、检波或高速开关二极管的对比对混频、检波或高速开关二极管来说，其整流特性要求注入少子的寿命要远小于信号周期。当加在二极管上的正向电压逐渐减小时， 少子浓度将逐渐减小，注入的少子也将很快复合掉，所以当电压从正 向转为反向时，几乎已没有多少剩余的尚未来得及复合的存储少子， 因此只形成很小的反向饱和电流，其开关特性转换几乎发生在偏压由 正向转向反向的同时。由于采取了措施增大了阶跃管的少子寿命， 这时少子的复合速度 跟不上交流电压的变化，当电压从正向转为反向时，正向注入的储存 电荷远未复合完，由势垒区的电场把剩余的储存少子“吸出” ，由此 形成较大的反向电流，直到储存电荷基本耗尽，反向电流才陡降为反 向饱和电流。阶跃管在交流负半周的相当一段时间内， 仍然处于“导通