4. Pin диод.

Данные приборы используются в переключателях, их работа основана на изменении дифференциального сопротивления при изменении протекающего тока.

PIN диоды включаются параллельно нагрузке. В закрытом состоянии дифференциальное сопротивление диода почти бесконечно, и он никак не влияет на прохождение СВЧ мощности. При открытии диода слаболегированная I область заполняется твердотельной плазмой из двух сильнолегированных эмиттеров, и дифференциальное сопротивление диода падает практически до нуля, что приводит к отражению СВЧ мощности. Преимуществом данного механизма управления является то, что мощность не поглощается в диоде, а отражается от него, это позволяет управлять большой мощностью с помощью маломощного диода.

Введение слаболегированного слоя в PIN диод позволяет уменьшить паразитную в данном случае барьерную емкость, что увеличивает частотные свойства, а также позволяет увеличить площадь перехода, то есть повысить мощность. Кроме того, это увеличивает величину управляющего сигнала, что упрощает управление диодом.

Основным недостатком PIN диода является большое время переключения, вызванной биполярной проводимостью и большой шириной активной области.

4. Опишите популярные схемотехнические модели (не схемы применения!) микроволновых ДД и СД, используя доступные информационные источники Интернет, лекции, программу Microwave Office и т.п.

Рис. 1. Схема для детекторного диода.

Рис. 2. Схема балансного смесителя

Выше приведены схемы включения детекторного диода и балансного смесителя. Итак, на первом рисунке представлена типичная схема включения детекторного диода. Поскольку детектируется обычно лишь малая часть от общей мощности, детекторный диод отделяется от общего тракта с помощью ответвителя. Конденсатор используется здесь для сглаживания сигнала и получения постоянной составляющей, а с резистора снимается сигнал в виде напряжения.

На втором рисунке показана схема балансного смесителя на СД. Хорошей стороной данной схемы является хорошая развязка сигнала и гетеродина, они слабо влияют друг на друга. Помимо этой, можно использовать более сложные схемы с большим числом СД.

Балл 2

Задача №2.

Диоды с отрицательным динамическим сопротивлением.

1. Нарисовать типовое распределение по координате статического поля и скорости дрейфа для двух структур из списка диодов с отрицательным динамическим сопротивлением (выбор произвольный из вышеприведенного списка, но один прибор должен быть с использованием арсенида галлия, а второй – кремневый). Представьте прибор как слоистую структуру.

Дано:

ЛПД на Si основе

Диод Ганна на GaAs основе

Ответ:

Рис. 3. Распределение напряженности поля в ЛПД

Здесь показано распределение поля в ЛПД в момент перед пробоем. Распределение скорости носителей заряда в ЛПД таково, что за счет больших напряженностей поля, скорость равна скорости насыщения во всем объеме ЛПД, за исключением областей вблизи контактов. В ЛПД для модуляции используется неравномерная инжекция носителей, при этом существенным является задержка инжекции, без которой невозможно обеспечить усиление.

Рис. 2 Распределение напряженности поля и скорости носителей в диоде Ганна.

Выше показано распределение полей в диоде Ганна, а также распределение по скорости в режиме анодного статического домена в диоде Ганна. Распределение по скоростям имеет другой вид. В области отрицательной дифференциальной подвижности происходит группирование носителей заряда.

Рис. 3. Слоистая структура ЛПД.

P-n переход нужен для создания большой напряженности в ООЗ, чтобы произошел пробой, а область собственного проводимости - область генерации лавины, где происходит умножение заряда. Существуют структуры с двумя P-n переходами и двумя областями генерации лавины.

В диоде Ганна отсутствуют какие-либо переходы, он представляет собой арсенид галлия n-типа с сильно легированными областями вблизи контактов для обеспечения омических контактов. Простая структура привела к широкому использованию диодов Ганна в течение нескольких лет после изобретения, однако в настоящий момент они, как и прочие диоды с отрицательным динамическим сопротивлением, практически вытеснены СВЧ транзисторами, обладающими лучшими характеристиками.

2. Определить частоту генерации ЛПД и ДГ с бегущим доменом при длине активной области ..

Дано:

L= 12,5 мкм

Решение:

Частота генерации ЛПД и диода Ганна в пролетном режиме определяется следующим образом - время пролета волны объемного заряда через активную область равно периоду колебаний (скорость пролета равна скорости насыщения ).

1. Для расчета частоты ЛПД воспользуемся формулой из методических указаний к лабораторным работам по полупроводниковым приборам:

2. Формулу для расчета генерации ДГ возьмем уже в методических указаниях для вакуумных приборов:

Ответ: Частота генерации для ЛПД – 4 ГГц, а для диода Ганна – 8 ГГц.

Балл 0.5

Распределение скорости!

Задача №3.