微波控制电路课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2015/12/10 Thursday,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,12/10/2015,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2015/12/10 Thursday,#,微波控制电路,微波控制电路,1,目录,PN,结,PIN,二极管,开关和衰减器,移相器,目录PN结PIN二极管开关和衰减器移相器,2,PN,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,PN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,3,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,。,4,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,5,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,+,U,R,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。,I,F,扩散运动加强形成正向电流,I,F,。,I,F,=,I,多子,I,少子,I,多子,2.,外加,反向电压,(,反向偏置,),P,区,N,区,+,U,R,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。,I,R,漂移运动加强形成反向电流,I,R,I,R,=,I,少子,0,变窄,结论,PN 结的单向导电性1.外加正向电压(正向偏置)P 区,6,P,区,N,区,+,R,I,D,P,区,N,区,+,R,I,R,PN,结的单向导电性：,正偏时导通，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,P 区N 区+RIDP 区N 区,7,材料,开启电压,导通电压,反向饱和电流,硅,Si,0.5V,0.50.8V,1,A,以下,锗,Ge,0.1V,0.10.3V,几十,A,击穿电压,反向饱和电流,开启电压,伏安特性曲线,材料开启电压导通电压反向饱和电流硅Si0.5V0.50.8,8,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。,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,9,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,C,b,。,2),扩散电容,PN,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,C,d,。,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！,PN结的电容效应1)势垒电容 PN结外加电压变化时，,10,PIN,二极管,概念,参数,等效电路,偏置,影响性能的因素,PIN二极管 概念参数 等效电路偏置 影响性能的因素,11,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,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,12,一些要点,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,区宽度测出，,I,区宽度一般已知。,一些要点使耗尽层达到N+区的电压叫做穿通电压。,13,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。,渡越时间与载流子寿命概念：上游信号传到下游的时间。,14,R,和截止频率,正向偏置,Ri=W/(2,I),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/(2,Cj(RiRf),R和截止频率正向偏置Ri=W/(2I),15,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,一般额定电压设定为击穿电压的二分之一。,射频功率极限正向偏置，二极管管芯电阻约为1欧姆。,16,开关、衰减器和移相器,概念,分类,参数,设计,同行产品,开关、衰减器和移相器 概念分类 参数设计 同行产品,17,微波开关,通过控制实现开，关两种状态的组件。,微波开关通过控制实现开，关两种状态的组件。,18,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,牵引。,微波开关分类(一)反射和吸收,19,微波开关分类（二）,微波开关分类（二）,20,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。,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,21,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。,衰减器衰减器是一种提供衰减的电子元器件。,22,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,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十,23,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,移相器对波相位进行调整的装置。,24,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。,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十,25,