微波控制电路课件

微波控制电路

微波控制电路1目录PN结PIN二极管开关和衰减器移相器目录PN结PIN二极管开关和衰减器移相器2PN结

概念PN结耗尽层

扩散电流和漂流电流正向偏置和反向偏置

耗尽层宽度调制反向击穿PN结概念PN结耗尽层扩散电流和漂流电流正向偏置和反向偏3

采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结（英语：PNjunction）。P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。

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PN结耗尽层——PN结的空间电荷区是一个完全不存在载流子的区域。电子和空穴都被耗尽PN结中多子从浓度大向浓度小的区域扩散产生扩散电流。

载流子在热运动的同时，由于电场作用而产生的沿电场力方向的定向运动称作漂移运动，所构成的电流为漂移电流。零偏置下扩散电流等于漂移电流

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PN结的单向导电性1.外加正向电压(正向偏置)P区N区内电场+

UR外电场外电场使多子向PN结移动,中和部分离子使空间电荷区变窄。IF扩散运动加强形成正向电流IF

。IF=I多子I少子

I多子2.外加反向电压(反向偏置)P

区N

区

+UR内电场外电场外电场使少子背离PN结移动，空间电荷区变宽。IR漂移运动加强形成反向电流IRIR=I少子

0变窄结论PN结的单向导电性1.外加正向电压(正向偏置)P区6P区N区+

RIDP

区N

区

+RIRPN结的单向导电性：正偏时导通，结电阻很小，电流较大;

反偏时截止，结电阻很大，电流近似为零。电流较大电流近似为零正向电压反向电压P区N区+RIDP区N区7材料开启电压导通电压反向饱和电流硅Si0.5V0.5~0.8V1µA以下锗Ge0.1V0.1~0.3V几十µA击穿电压反向饱和电流开启电压伏安特性曲线材料开启电压导通电压反向饱和电流硅Si0.5V0.5~0.88反向击穿当反向电压超过UBR后稍有增加时，反向电流会急剧增大，这种现象称为(PN结)反向击穿，并定义UBR为(PN结)反向击穿电压。反向击穿当反向电压超过UBR后稍有增加时，反向电流会急剧增大9PN结的电容效应1)势垒电容

PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。2)扩散电容

PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。结电容：

结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！PN结的电容效应1)势垒电容PN结外加电压变化时，10PIN二极管

概念参数

等效电路偏置

影响性能的因素PIN二极管概念参数等效电路偏置影响性能的因素11在P和N半导体材料之间加入一薄层低掺杂的本征半导体层，组成的这种P-I-N结构的二极管。

重掺杂p区和n区和电阻率极高的p或n。

概念在P和N半导体材料之间加入一薄层低掺杂的本征半导体层，组成的12一些要点使耗尽层达到N+区的电压叫做穿通电压。流过两元件的电流相等时的频率，叫做弛豫频率fR。二极管I区电阻率不低于100欧厘米，对应fR=1.53GHZ。I区电阻率可由I区宽度测出，I区宽度一般已知。一些要点使耗尽层达到N+区的电压叫做穿通电压。13渡越时间与载流子寿命概念：上游信号传到下游的时间。300K室温，渡越频率f=1300/w²，w为I区宽度，单位微米。I区宽度一般是25到250微米。二极管载流子寿命典型值是0.1-10微秒。由载流子寿命，可证明I区总计累电荷是由偏置电流产生，不由瞬时值决定。渡越时间与载流子寿命概念：上游信号传到下游的时间。14R和截止频率正向偏置Ri=W²/(2µτI)反向偏置结点容电容越小，开路越好R越小，损耗越小，短路越明显Fc=1/(2πCj√(RiRf))R和截止频率正向偏置Ri=W²/(2µτI)15射频功率极限正向偏置，二极管管芯电阻约为1欧姆。300到400摄氏度是二极管承受极限。在一定稳定范围，温度越高，寿命越短。反向偏置下，V击穿电压一般额定电压设定为击穿电压的二分之一。射频功率极限正向偏置，二极管管芯电阻约为1欧姆。16开关、衰减器和移相器

概念分类

参数设计

同行产品开关、衰减器和移相器概念分类参数设计同行产品17微波开关通过控制实现开，关两种状态的组件。微波开关通过控制实现开，关两种状态的组件。18微波开关分类(一)反射和吸收反射式开关是通过PIN二极管导通时把输入的微波信号反射回去而起到隔离作用的，因此在“开”状态下的驻波较好，而在“关”状态下的驻波很差；吸收式开关则采用了负载吸收PIN二极管导通时的反射信号，从而改善了端口驻波，因此其“开”与“断”状态下的驻波都比较好。通常，反射式开关的承受功率要比吸收式开关大些。从工程应用的角度来讲，虽然其价格稍高，但是我们建议选用吸收式开关，因为在关断状态它可以降低系统的级间牵引。微波开关分类(一)反射和吸收19微波开关分类（二）

微波开关分类（二）

20开关相关参数1频率范围：微波开关范围一般从几十兆到几十吉赫兹2插入损耗：接入电路的损耗，一般损耗从0.5到3dB。3驻波比：波幅电压和波谷电压幅度之比。和匹配有关，1.3dB以上4隔离度：各端口直接的隔离。范围40-80dB。5开关时间：改变开关状态所需时间，50-1000ns。6功率：平均功率2W以上一般定义为大功率开关。开关相关参数1频率范围：微波开关范围一般从几十兆到几十吉21衰减器衰减器是一种提供衰减的电子元器件。它的主要用途是：（1）调整电路中信号的大小；（2）在比较法测量电路中，可用来直读被测网络的衰减值；（3）改善阻抗匹配，若某些电路要求有一个比较稳定的负载阻抗时，则可在此电路与实际负载阻抗之间插入一个衰减器，能够缓冲阻抗的变化。衰减器衰减器是一种提供衰减的电子元器件。22衰减器相关参数1频率范围：微波开关范围一般从几十兆到几十吉赫兹2插入损耗：接入电路的损耗，一般损耗从0.5到3dB。3驻波比：波幅电压和波谷电压幅度之比。和匹配有关，1.3dB以上4衰减值：范围0到40dB左右。步进1dB上下。5衰减精度：决定衰减器性能指标的6承受功率：设计必须考虑的指标之一衰减器相关参数1频率范围：微波开关范围一般从几十兆到几十23移相器对波相位进行调整的装置。一般分为数字和模拟移相器数字移相器移相精度高，可调性高移相器对波相位进行调整的装置。24移相器相关参数1频率范围：微波开关范围一般从几十兆到几十吉赫兹2插入损耗：接入电路的损耗，一般损耗从0.5到3dB。3驻波比：波幅电压和波谷电压幅度之比。和匹配有关，1.3dB以上4带宽：一般是等于0.1f0。5移相范围：0到360度。6相移步进和精度：一般和位数有关。7波形失真度：失真度越小越好。移相器相关参数1频率范围：微波开关范围一般从几十兆到几十25微波控制电路

微波控制电路26目录PN结PIN二极管开关和衰减器移相器目录PN结PIN二极管开关和衰减器移相器27PN结

概念PN结耗尽层

扩散电流和漂流电流正向偏置和反向偏置

耗尽层宽度调制反向击穿PN结概念PN结耗尽层扩散电流和漂流电流正向偏置和反向偏28

采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结（英语：PNjunction）。P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。

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PN结耗尽层——PN结的空间电荷区是一个完全不存在载流子的区域。电子和空穴都被耗尽PN结中多子从浓度大向浓度小的区域扩散产生扩散电流。

载流子在热运动的同时，由于电场作用而产生的沿电场力方向的定向运动称作漂移运动，所构成的电流为漂移电流。零偏置下扩散电流等于漂移电流

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PN结的单向导电性1.外加正向电压(正向偏置)P区N区内电场+

UR外电场外电场使多子向PN结移动,中和部分离子使空间电荷区变窄。IF扩散运动加强形成正向电流IF

。IF=I多子I少子

I多子2.外加反向电压(反向偏置)P

区N

区

+UR内电场外电场外电场使少子背离PN结移动，空间电荷区变宽。IR漂移运动加强形成反向电流IRIR=I少子

0变窄结论PN结的单向导电性1.外加正向电压(正向偏置)P区31P区N区+

RIDP

区N

区

+RIRPN结的单向导电性：正偏时导通，结电阻很小，电流较大;

反偏时截止，结电阻很大，电流近似为零。电流较大电流近似为零正向电压反向电压P区N区+RIDP区N区32材料开启电压导通电压反向饱和电流硅Si0.5V0.5~0.8V1µA以下锗Ge0.1V0.1~0.3V几十µA击穿电压反向饱和电流开启电压伏安特性曲线材料开启电压导通电压反向饱和电流硅Si0.5V0.5~0.833反向击穿当反向电压超过UBR后稍有增加时，反向电流会急剧增大，这种现象称为(PN结)反向击穿，并定义UBR为(PN结)反向击穿电压。反向击穿当反向电压超过UBR后稍有增加时，反向电流会急剧增大34PN结的电容效应1)势垒电容

PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。2)扩散电容

PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。结电容：

结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！PN结的电容效应1)势垒电容PN结外加电压变化时，35PIN二极管

概念参数

等效电路偏置

影响性能的因素PIN二极管概念参数等效电路偏置影响性能的因素36在P和N半导体材料之间加入一薄层低掺杂的本征半导体层，组成的这种P-I-N结构的二极管。

重掺杂p区和n区和电阻率极高的p或n。

概念在P和N半导体材料之间加入一薄层低掺杂的本征半导体层，组成的37一些要点使耗尽层达到N+区的电压叫做穿通电压。流过两元件的电流相等时的频率，叫做弛豫频率fR。二极管I区电阻率不低于100欧厘米，对应fR=1.53GHZ。I区电阻率可由I区宽度测出，I区宽度一般已知。一些要点使耗尽层达到N+区的电压叫做穿通电压。38渡越时间与载流子寿命概念：上游信号传到下游的时间。300K室温，渡越频率f=1300/w²，w为I区宽度，单位微米。I区宽度一般是25到250微米。二极管载流子寿命典型值是0.1-10微秒。由载流子寿命，可证明I区总计累电荷是由偏置电流产生，不由瞬时值决定。渡越时间与载流子寿命概念：上游信号传到下游的时间。39R和截止频率正向偏置Ri=W²/(2µτI)反向偏置结点容电容越小，开路越好R越小，损耗越小，短路越明显Fc=1/(2πCj√(RiRf))R和截止频率正向偏置Ri=W²/(2µτI)40射频功率极限正向偏置，二极管管芯电阻约为1欧姆。300到400摄氏度是二极管承受极限。在一定稳定范围，温度越高，寿命越短。反向偏置下，V击穿电压一般额定电压设定为击穿电压的二分之一。射频功率极限正向偏置，二极管管芯电阻约为1欧姆。41开关、衰减器和移相器

概念分类

参数设计

同行产品开关、衰减器和移相器概念分类参数设计同行产品42微波开关通过控制实现开，关两种状态的组件。微波开关通过控制实现开，关两种状态的组件。43微波开关分类(一)反射和吸收反射式开关是通过PIN二极管导通时把输入的微波信号反射回去而起到隔离作用的，因此在“开”状态下的驻波较好，而在“关”状态下的驻波很差；吸收式开关则采用了负载吸收PIN二极管导通时的反射信号，从而改善了端口驻波，因此其“开”与“断”状态下的驻波都比较好。通常，反射式开关的承受功率要比吸收式开关大些。从工程应用的角度来讲，虽然其价格稍高，但是我们建议选用吸收式开关，因为在关断状态它可以降低系统的级间牵引。微波开关分类(一)反射和吸收44微波开关分类（二）

微波开关分类（二）

45开关相关参数1频率范围：微波开关范围一般从几十兆到几十吉赫兹2插入损耗：接入电路的损耗，一般损耗从0.5到3dB。3驻波比：波幅电压和波谷电压幅度之比。和匹配有关，1.3dB以上4隔离度：各端口直接的隔离。范围40-80dB。5开关时间：改变开关状态所需时间，50-1000ns。6功率：平均功率2W以上一般定义为