微波有源器ppt課件-資料下載頁(yè)
2025-04-29 01:24本頁(yè)面
【正文】 結(jié) FET（ heterojunction FET, HFET）見圖222。這類器件在 60GHz增益可達(dá)到11dB， 90GHz時(shí)增益還可達(dá)到 ，典型的噪聲系數(shù) 40GHz時(shí)為 ， 62GHz時(shí) ，發(fā)射極每 mm功率密度， 10GHz時(shí)到 2W（連續(xù)波）。為了減少渡越時(shí)間提高工作頻率 HEMT必須做得很薄，要用離子注入、分子束外延、 MOCVD工藝制作。在 10GHz時(shí)，功率密度已達(dá)到2W/mm，輸出功率電平達(dá)到 46W。 圖 222 (A) HEMT transistor； (B) HFET transistor 32 等效電路與工作特性曲線 ① 等效電路 圖 223表示微波場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)與等效電路關(guān)系。 (a)是結(jié)構(gòu)示意圖， (b)是其等效電路， gm表示跨導(dǎo)，cgs、 cgd、 cds分別表示柵源，柵漏、以及襯墊電容。 Rg、Rd、 Rs、 Rj和 Rds分別表示柵、漏、源、本征溝道和輸出電阻， Ids表示漏源電流。 Lg、 Ld和 Ls分別表示柵、漏、源電極電感。 圖 223 微波 FET結(jié)構(gòu)與等效電路關(guān)系 33 等效電路與工作特性曲線 ② 工作特性曲線 FET的工作基礎(chǔ)是用加在柵源之間的電壓（ Vgs），改變柵極肖特基勢(shì)壘的寬度，從而改變漏源電流（ Ids）和電壓（ Vds）。 由此可以得到兩組特性曲線： 一組以 Vds為參變量的 Ids~ Vgs曲線，示于圖 224（ a）； 又一組以 Vgs為參變量的 Ids~ Vds特性曲線示于圖 224（ b）。 由兩組曲線我們可以看到，當(dāng) Vgs有很小變化時(shí)， Ids有較大變化，這就構(gòu)成了信號(hào)的放大， 實(shí)踐證明：對(duì)任何低噪聲放大管 Vgs在 ~ –3伏范圍， Vds在 2到 5伏范圍； 功率 FET， Vgs在 –1到 –5伏范圍， Vds在 5~10伏范圍。 圖 224 Lds~ Vgs、 Ids~ Vds特性曲線 34 FET主要參量 （ 1）截止頻率，定義為：當(dāng)電流增益為一時(shí)的工作頻率 顯然，增大電子飽和速度 vs（即增加電子遷移率）減少柵長(zhǎng) L可提高 FET管的截止頻率。 （ 2）最大振蕩頻率（或最大可用增益 0dB頻率） 式中 顯然為增大 fmax，應(yīng)減小柵極、本征體、源極電阻，增加襯墊電阻 Rds，同時(shí)減小漏柵之間電容。 （ 3）在頻率 f時(shí)最大可用增益 由上式可以看出， f每增加倍頻程，增益降 6dB，為了增加 Gmax必須提高 fT，減小各種電阻以及源長(zhǎng)度 Ls。 LvCgf sgsmT ?? 22 ??31m ax 2 ????TTfrffdggdssij CRRRRRr ?? 2 ,31 ????? ? ? ? 12m a x 2244 ??????? ????????????????sTgsidsTsTgsiassT LfRRRCfLfRRRRffG ???35 FET主要參量 （ 4）單向增量（反向傳輸為零） （ 5）最小噪聲系數(shù) 為了減小管子的噪聲，應(yīng)減小柵、源電阻和提高截止頻率。 上面各式中， vs表示飽和速度（ ?107cm/s在 300K，砷化鎵）， L是柵長(zhǎng)，單位 ?m， Kf?， K1?。 （ 6） 1dB壓縮點(diǎn) 表示管子工作的最大線性范圍的輸入功率，當(dāng)輸出功率偏離線性負(fù) 1dB時(shí)的輸入功率或相應(yīng)輸出功率。 上述微波場(chǎng)效應(yīng)管特性只與管子本身的結(jié)構(gòu)和頻率有關(guān)，是管子的固有特性，與外電路無(wú)關(guān)。 由上面的特性顯然可以看出我們?cè)陔娐分羞x管應(yīng)根據(jù)頻率的需要盡量選 fT，fmax， Gm大， Fmin小的管子。 ? ?2m a x ffG u ?? ?? ?sgmsgmTfmsggsfRRgLfKRRgffKgRRfCKf?????????? ?13m i n111021 ?36 選擇 BJT還是 FET？ 電路設(shè)計(jì)時(shí)選擇 BJT還是FET取決于應(yīng)用。例如在射頻接收機(jī)前端，噪聲系數(shù)特別重要，而在其它場(chǎng)合，功率增益和輸出功率更重要。顯然對(duì)于接收機(jī)前端，增益和噪聲都重要。陸上微波通信，應(yīng)用拋物面天線，與天線直接的第一級(jí)放大器就用低噪聲放大器，圖 225給出各類器件噪聲系數(shù)，可作為選擇低噪聲放大管的依據(jù)。 圖 225 噪聲系數(shù)與頻率關(guān)系 37 選擇 BJT還是 FET？ 注意 ， 增益有三種定義：最大可得增益 （ Maximum allowable gain, Gmax） ， 最佳噪聲系數(shù)時(shí)增益 （ gain at optimum noise figure, GNF）以及插入增益 （ insertion gain） 。 Gmax一般在電路共軛匹配時(shí)得到 。GNF與 Gmax一般不等 。 圖 226給出 SiGe HBT功率 、 功率附加效率 、增益與輸入功率關(guān)系 ， 因此選擇器件滿足增益指標(biāo)時(shí) ， 注意所用增益的定義 。 33 29 25 21 17 13 9 5 70 60 50 40 30 20 10 0 Output power (dBm) PAE (%) 048121620 Input power (dBm) 圖 226 38 選擇 BJT還是 FET？ 圖 227給出 HEMT、HBT目前達(dá)到的水平，可作為我們選擇器件的參考。 圖 227 （ a） HEMT技術(shù)進(jìn)步 （ b） HBT技術(shù)進(jìn)步
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