Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 15
Текст из файла (страница 15)
д.,приведенанаЭта модель отличается от аналогичной моделир-п-перехода наличием конденсатора Скорп• который учитывает пара-79Глава З. Полупроводниковые диодызитные емкости выводов и корпусадиода. Резисторr 6 учитывает сопротивление базы и контактов, rдиФ дифференциальноеперехода,ки,Ry -сопротивлениесопротивление утечLд определяетсяиндуктивностью выводов диода.Емкость пе+С 6 ар· Следуетрехода Сперотметить,=чтоСдиФдлядиодовнаоснове контакта металл-полупроводник(диоды Шоттки) Сдиф исключаетсяиз схемы на рис.3.2,а)а. При малыхсигналах и прямых смещениях эквивалентная схема принимает вид,изображенный на рис.3.2,б.Выпрямительные высокочастотб)ные диоды могут выполнять различные схемные функции, т. е. в этомРис.смысле они универсальны.
Поэтому3.2их электрические параметры являются общими для всего класса диодов и не отражают специфики применения.Как уже отмечалось, для увеличения быстродействия диодовнеобходимо снижать значения всех параметров, указанных нарис.3.2.Отметим характерные значения некоторых из параметров. Емкость высокочастотных диодов, как правило, не превышает10 пФ (указывается на заданной частоте).Время восстановления обратного сопротивления для высокочастотных диодов лежит в пределах от0,1до единиц мкс. Минимальныезначения соответствуют диодам Шоттки.СВЧ выпрямительные диоды.
Эти диоды, как и высокочастотные, используются в детекторах, преобразователях частоты, переключателях, ограничителях и т. д., но функционируют онина частотах СВЧ-диапазона от300 МГц до 100 ГГц.Главным требованием, предъявляемым к СВЧ-диодам, являются малые значения емкости диода (С) и сопротивления базы(r6 ),которые соответственно должны быть порядка десятых долей пФ и единиц Ом.
Постоянная врЕ;\мениCr6при работе на СВЧне должна превышать периода СВЧ-колебаний Тк; как правило,Cr6 «Ти.· Наилучшими параметрами С и r 6 характеризуются пла-80Раздел1.нарно-эпитаксиальныеПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫплоскостныедиодынаосновегаллия. Для них при диаметре контакта порядканая времени удовлетворяет неравенству Cr6арсенида1 мкм< 10- 12 с,постоянчто обеспечивает работоспособность диода на частотах вплоть до100 ГГц.Для обеспечения малых значений паразитных емкостей ииндуктивностей выводов корпуса СВЧ-диодов часто выполняются в виде элементов фидерных линий; так, например, при использовании коаксиальных линий выводы диодов имеют коаксиальную конструкцию, легко интегрируемую с СВЧ-линией; вволноводных линиях диод с контактами монтируют непосредственно в отрезке волновода.
Бескорпусные диоды используют вмикрополосковых линиях.Специфика применения диодов в различных устройствахСВЧ отражается набором характерных электрических параметров. Основными специфическими параметрами детекторных диодов являются: рабочая длина волны Л, чувствительность по току/Зт = IвпlРnд (Jвп -выпрямленный ток, Р пд -мощность СВЧ-сигнала), а также коэффициент стоячей волны (КСВ). Параметр /Зт измеряется в режиме короткого замыкания цепи выпрямленноготока и составляет /Зт ~1 А/Вт при Л = 3 ...
10 сми Рnд= 0,1мВт.Важнейшими характеристиками смесительных диодов являются рабочая длина волны, потерн преобразования, относительнаяшумовая температура, выпрямленный ток (при заданной мощностиСВЧ-сигнала), КСВ и ряд других параметров.ПотериLnp (дБ)=преобразования(вдБ)определяются10 lg (Р вхlР п. ч), где Р вх и Р п.
ч -величинойсоответственно мощности входного И выходного СВЧ-сигналов на промежуточнойчастоте. Для снижения потерь в смесительных, так же как и вдетекторных, диодах, надо уменьшать прямое напряжение, обратный ток, емкость, сопротивление базы и увеличивать нелинейность ВАХ. Типичные значения потерь преобразования составляютLnp ~ 5 ... 10 дБ. Относительная Шумовая температураtш = Р шf (kT Лf), где Рur - мощность шумов в диоде, Лf - полоса пропускания. Параметр tш важен для приемных устройств.Типичные значения tш лежат в пределах2 ... 3 приТ=293 К.Одними из самых распространенных видов СВЧ-диодов являются переключающие диоды~ которые предназначены для коммутации сигналов в различных СВЧ-устройствах.
Эти диодывключаются в СВЧ-тракт через управляющее устройство, которое задает постоянную составляющую напряжения или тока че-Глава3.81Полупроводниковые диодырез диод. В зависимости от управляющего . сигнала диод может находиться или в открытом состоянии, закорачивая тем самым СВЧ-линию, или в закрытом. В первом случае СВЧ-трактзакрыт и коэффициент отражения близок по модулю к единице,а во втором- СВЧ-линия открыта и коэффициент отраженияблизок к нулю.Переключающий диод имеет очень малую барьерную емкостьСбар = Свыв и при прямом смещении малое суммарное сопротивление, состоящее из сопротивления перехода (rдиф) и сопротивления базы и контактов(r6 ).Обратное напряжение, прямой ток ирассеиваемая мощность должны быть достаточно большими.Чем больше допустимая рассеиваемая мощность, тем больше имаксимальная мощность коммутируемого СВЧ-сигнала.Для уменьшения сбар необходимо уменьшать площадь перехода, а для увеличения прямого тока, наоборот, площадь перехода делается большей.
Из-за противоречивости этих требований использование р-п-переходов и переходов металлпроводникнепозволяетдостичьнаилучших-полупараметровприпереключении. Поэтому в качестве переключающих диодов используются р-i-п-структуры, в которых между сильно легированными областями п+- и р+-типа располагается i-слой с малой проводимостью, близкой к собственной.
Из-за малой проводимости i-слоя даже при нулевом напряжении он практическиполностью обеднен носителями зар.~ща. В то же время из-за высокой степени легирования п+ - и р+ -областей обедненный слой вних имеет очень малую протяженность. Как результат, толщина обедненного ело.я(единицы-106приблизительно равна ширине i-слоядесятки мкм) и барьерная емкость практически независит от напряжения. Следовательно, в р-i-п-диодах можно получить малые, практически не меняющиеся от напряжения емкости диода (десятые доли пФ) при достаточно большихнапряжениях пробоя (до1000 В) иплощадях перехода, которыеобеспечивают большой допустимый прямой ток (до сотен мА).При подаче прямого смещения за счет инжекции носителейиз п+- ·и р+-областей i-слой запо.ri:няется электронами и дырками, которые при больших прямых токах образуют квазинейтральную электронно-дырочную плазму.
Из-за большой концентрации носителей сопротивление i-слоя очень мало (менее О, 1 Ом).Для его уменьшения необходимо увеличивать время жизни носителей в i-слое. Скорость накопления и рассасывания носите-Раздел821.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫлей зависит от скорости процесса рекомбинации и дрейфовойскорости носителей. Эти процессы определяют один из основных параметров переключательных диодов-время перенлючення. Теоретически предельное время переключения есть величина порядка времени пролета через i-слой носителей заряда, движущихся с предельной дрейфовой скоростью, т. е.
скоростью насыщения.Основные специфические параметры переключающих диодов как приборов СВЧ:-потерн пропускания в открытом состоянии тракта (десятыедоли дБ);-потерн запнрання в закрытом состоянии (десятки дБ);время прямого восстановления при подаче на диоды функ-ции включения (от нескольких нс до нескольких мкс);-время обратного восстановления при подаче обратного напряжения (от нескольких нс до нескольких мкс).Указанные параметры определяют времена переключенияСВЧ-тракта с диодом из открытого в закрытое состояние илинаоборот, в течение которых потери достигают заданных значений.Характерные предельно допустимые параметры: переключаемая в непрерывном режиме СВЧ-мощность (до единиц Вт), импульсная СВЧ-мощность (до1 кВт) и рассеиваемая мощность.З.З.
Импульсные диодыЭтот тип диодов используется в ключевых и цифровых схемах,а также в устройствах преобразования и формирования импульсных сигналов. Импульсные диоды должны иметь малую длительность переходных процессов, чтобы обеспечить импульсный режим работы. Современные импульсные диоды позволяют работать с сигналами длительностью до наносекундного диапазона.Основные параметры, определяющие инерционность диодов,-это барьерная емкость и скорость рассасывания накопленногов базе заряда носителей (см.
п.Дляуменьшения2.5):значений указанныхпараметроввимпульсных диодах делают малую площадь электрического перехода и снижают время жизни неравновесных носителей зарядав базе за счет дополнительного легирования ее атомами золота, которые создают в запрещенной зоне кремния уровни ловушек. Основными исходными материалами для изготовленияГлава3.83Полупроводниковые диоды"импульсных диодов являются кремний и арсенид галлия. Помимо р-п-перехода,металл-в импульсных диодах используется контактполупроводник.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
