微波控制电路

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1、微波控制电电路 目录录 PN结结 PIN二极管 开关和衰减器 移相器 PN结结 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 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：PN junction）。 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。 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

2、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 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 IR IR = I少子 0 变窄 结论 P 区N 区 + R ID P 区N 区 + R IR PN 结的单向导电性：正偏

3、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 材料开启电压导通电压反向饱和电流 硅Si0.5V0.50.8V1A以下 锗Ge0.1V0.10.3V几十A 击穿 电压 反向饱 和电流 开启 电压 伏安特性曲线 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 。 PN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 P

4、N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！ PIN二极管 概念 参数 等效电路 偏置 影响性能的因素 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 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

5、测出，I区宽度一般已知。 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/w，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。 R和截止频率 正向偏置Ri=W/(2I) 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/(2Cj(RiRf) 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

6、一般额定电压设 定为击 穿电压 的二分之一。 开关、衰减器和移相器 概念 分类 参数 设计 同行产品 微波开关 通过控制实现 开，关两种状态的组件。 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

7、 牵引。 微波开关分类（二） 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。 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

8、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 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。