Курсовая работа: Расчет и проектирование диода Ганна

Рисунок 1.2 –Эквивалентная схема детекторного диода

1.2.2 Смесительные СВЧ-диоды

Смесительным называют полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования высокочастотных сигналов в сигнал промежуточной частоты.

Потери преобразования смесительного диода выражают отношением

L _прб = P_СВЧ / P _п.ч (1.1)

где Р_свч - номинальная мощность подводимого СВЧ – сигнала; Р _{п. ч} – номинальная мощность сигнала промежуточной частоты.

Обычно Ⅼ_прб выражают в децибелах (дБ).

Ⅼ_прб = 10lg P _СВЧ / P _{п. ч} (1.2)

Качество смесительного диода в значительной степени определяется свойствами полупроводника, из которого он изготовлен.

Κ=α /μ εε₀/n (1.3)

α – радиус контакта, μ – подвижность основных носителей заряда; n - концентрация основных носителей заряда.

Чем меньше значение К, тем лучшими свойствами обладает смесительный диод.

1.2.3 Переключательные СВЧ-диоды

Переключательным называют полупроводниковый диод, предназначенный для применения в устройствах управления уровнем сверхвысокочастотной мощности.

Использование полупроводниковых диодов в качестве переключающих устройств позволяет создавать быстродействующие фазовые модуляторы в миллиметровом диапазоне волн. На рис1.3представлены эквивалентные схемы диодов, используемых в качестве переключателей: диода с p-n –переходом или переходом Шоттки (а) и диода с p-i-n-структурой (б).

Рисунок 1.3 –Эквивалентные схемы переключательного диода.

Полная эквивалентная схема переключательного СВЧ- диода помимо сопротивления p-n –перехода содержит емкость корпуса, и индуктивность контактной проволоки (в). В переключательных диодах L_к и C_п являются элементами резонансныхконтуров, образуемых диодом, и, таким образом, их значенияне могут быть произвольными.

Важным параметром выключателей является критическая частота f_{кр.п. д.,} характеризующая эффективность переключательного диода и определяемая по формуле :

f_{кр.п.д, =} 1/2πC_стр √r_пр.п.д r _обр.п.д (1.4)

где C_стр -емкость структуры.

1.2.4 Туннельные диоды

Туннельным называют полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, в котором туннельный эффект приводит к появлению на вольт- амперной характеристике при прямом напряжении участка отрицательной дифференциальной проводимости.

Эквивалентная схема туннельного диода состоит из емкости перехода C_{p - n} , сопротивления потерь r_п - суммарного активного сопротивления кристалла, омических контактов и выводов; дифференциального сопротивления r_диф - величины, обратной крутизне вольт- амперной характеристики; индуктивности диода- полной последовательной индуктивности диода при заданных условиях и емкости корпуса С_кор . Емкость между выводами диода С_д = C_{p - n} + С_кор.

Рисунок 1.3- Эквивалентная схема туннельного диода

Частотныесвойства туннельных диодов характеризуются: резонансной частотой f₀- частотой, на которой общее реактивное сопротивление диода обращается в нуль; предельной резистивной частотой f_R ,на которой активная составляющая полного сопротивления последовательной цепи, состоящей из p-n –перехода и сопротивления потерь, обращается в нуль:

f_R = 1/2π |r_дифmin | C_д √r_дифmin / r_n -1 (1.5)

1.2.5 Обращенные диоды

Разновидностью туннельных диодов являются обращенные диоды. Обращенным называют полупроводниковый диод на основе полупроводника с критической концентрацией примеси, в котором проводимость при обратном напряжении значительно больше, чем при прямом вследствие туннельного эффекта. Большой обратный ток и нелинейность вблизи нулевой точки позволяют использовать такие туннельные диоды в качестве пассивного элемента радиотехнических устройств, детекторов и смесителей для работы при малом сигнале и как ключевые устройства для импульсных сигналов малой амплитуды.Вольт- амперную характеристику обращенных диодов для напряжения U< U_max можно аппроксимировать формулой

I ≈U / r_диф e^βU (1.6)

гдеr_диф – дифференциальное сопротивление диода при U=0; β можно определить экспериментально по наклону кривой зависимости логарифма проводимости от напряжения:

ln l/U (U) = -ln r_диф – βU (1.7)