微波有源器ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-26 01:24 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 圖 211 甘氏二極管振蕩器 16 PIN二極管 —結(jié)構(gòu) PIN二極管 （ 簡稱 PIN管 ）是微波控制電路中最重要的一種微波控制器件 。 PIN管與一般的 PN二極管 （ 見圖 a） 不同 ， 在 P跟 N型半導體材料之間多了一個絕緣區(qū) ， 叫做本征區(qū) 。 嚴格地說本征區(qū)并非完全 “ 絕緣 ” ，還有很少的載流子以支持很小的電流 ， 其結(jié)構(gòu)見圖 b。 圖 c給出幾種低功率電平下的封裝形式 。 圖 212 A： PN二極管； B： PIN二極管； C： PIN二極管封裝 17 PIN二極管 —工作特點 ① 不加偏壓時 ， PIN管電阻是很大的 。 PIN管 P+、 N+都是重摻雜的 ， 見圖 a， 雜質(zhì)分布見圖 b。 本征層的電阻很高 。 空間電荷的分布 ?(x)及電場的分布 E(x)見圖 c、 d。 PIN管中 P+、 N+層的導電率很高 ， 空間電荷層即耗盡層主要建立在 I層中 ， 在 I層中除了耗盡層之外的其余厚度為非耗盡層 。 與非耗盡層相比 ， 耗盡層具有更高的電阻率 ， 因此在不加偏壓時 PIN管的電阻是很大的 。 圖 213 PIN管中雜質(zhì)空間電荷及電場分布 18 PIN二極管 —工作特點 ② 直流偏壓下的 PIN管特性 在負偏壓之下 （ P+層接負 、 N+層接正 ） ， PIN管中的電場增強 ， 勢壘電壓加高 、 耗盡層變厚 ， 如圖 （ e、 f） 。 因而I層電阻進一步增大 ， 反向電流極小 。 隨著負偏壓的增大 ， 耗盡層最后將擴展到整個 I層 ， 以后便不再顯著變厚 。 負偏壓達到某值時出現(xiàn)雪崩擊穿 ， 反向電流急劇增大 。 此時的負偏壓值稱為反向擊穿電壓 VB。 在正偏壓之下 ， PIN管勢壘降低以至消失 。 P+、 N+層中的載流子源源不斷地向 I層擴散 ， 形成正向通流 。 空穴 、 電子從注入 I層到復合消失 ， 平均有一短暫時間 ?，稱為載流子平均壽命 。 而在復合之前則表現(xiàn)為載流子的“ 動態(tài)儲存 ” 。 與其他 PN結(jié)二極管相比 ， PIN管中的載流子壽命 ?比較長 （ 如 20~100ns） ， 因此 ， 在管子正向?qū)ㄆ陂g I層中擁有大量的載流子 ， I層處于低阻態(tài) 。 正偏壓愈大 ， 正向電流愈大 ， I層乃至整個 PIN管電阻愈小 。 圖 213 PIN管中雜質(zhì)空間電荷及電場分布 19 PIN二極管 —工作特點 ③ 直流偏壓和微波信號等同作用下的 PIN管 PIN管在正、負偏壓下的電阻變化與一般半導體 PN管沒有多大區(qū)別，也即對直流、低頻有單向?qū)щ娦浴ｏ@然，在正偏壓下， PIN管對微波小信號始終導通。但是對于微波大信號，在信號負半周內(nèi)由于正向偏置電流為 I層儲存了大量的載流子，而微波頻率又極高，在極其短的信號負半周內(nèi)， I層中的載流子能夠立即構(gòu)成幅度足夠的反向電流，所以管子仍然 “ 導通 ” ，如圖所示。 圖 214 正偏壓及微波信號共同作用下的 PIN管 20 PIN二極管 —工作特點 ③ 直流偏壓和微波信號等同作用下的 PIN管 設 I層中的載流子平均壽命為 ?， 正向偏流 為 IF， 則 I層中載流子的儲存量為 如 ? = 1?s， IF = 10mA， 微波信號頻率 f = 2GHz， 信號周期為 T， 微波電流振幅 Im = 1A， 則在信號 負半周之內(nèi) ， 從管子的 I層中吸出的載流子電量為 （ ） 負半周內(nèi)從 I層中吸出的載流子電量僅占 I層中儲存的電荷總量中的很小一部分 ， I層中仍然有大量的載流子 ， 仍呈現(xiàn)低阻態(tài) 。 因此很小的正向偏流 IF完全可以保證在微波大信號的整個周期內(nèi)管子是導通的 。 負偏壓下 I層中電荷儲存近于零 ， 在微波信號正半周期內(nèi)注入 I層的載流子總量十分有限 ， 遠不足以改變 I層的高阻態(tài) ， 故管子處于截止狀態(tài) 。 PIN管對微波信號的通斷僅取決于幅度很小的偏壓的極性 ， 與微波信號的幅度無關 ， 這是 PIN管的一個重要特點 。 這就是 PIN用作微波電路開關的依據(jù) ，其優(yōu)點是改變 PIN管偏置電壓的極性即可控制微波電路的開關功能 。 ?FIQ ?062si n 02/0 Qtd tIQ T m ??? ? ?圖 215 I層中載流子的動態(tài)儲存 21 PIN管的等效電路 PIN管的等效電路如圖 （ a） 。 其中管芯參量為 I層電阻 Rj， I層電容Cj， 串聯(lián)電阻 RS； 管子封裝參量為引線電感 LS， 管殼電容 CP。 在零偏 、 負偏壓之下 ， I層電阻 Rj極大 ， 因此等效電路 （ 圖 (a)） 可簡化為圖 （ b） 。 在負偏壓變化的較大范圍內(nèi)管子中勢壘區(qū)厚度基本上等于 I層厚度 ， 因此結(jié)電容 Cj基本不變 ，在微波低端 ， 頻率不十分高 ， 等效電路又可進一步簡化為圖 （ c、 d） 。 正偏壓之下 ， I層電阻 Rj很小 ， 并聯(lián)的電容 Cj可忽略 。 因此等效電路可簡化為圖 （ e） ， 其中正向電阻 Rf = Rj + Rs。 同樣 ， 在微波低端 ， 等效電路可進一步簡化為圖 （ f、 g） 。 （ b、 c、 d） 零偏壓 、 負偏壓之下 （ e、 f、 g） 正偏壓之下 圖 216 PIN管的等效電路 22 PIN管作微波開關電路應用舉例 圖 217是用于移動通信的智能天線 ， 工作于 ，它是制作在印刷電路板上的相互垂直的兩個半波偶極子天線 （ A和 B） 。 偶極子天線輻射場與天線軸垂直方向輻射最強 ， 沿軸方向輻射最小 。 天線的 “ 智能 ” 體現(xiàn)在根據(jù)需要切換天線工作摸式 （ 天線 A工作或天線 B工作 ） ， 天線的切換就是用 PIN管實現(xiàn)的 。 圖 217
教學課件相關推薦
鄂ICP備17016276號-1