Детекторный диод

Эквивалентная схема детекторного диода

В эквивалентной схеме свойства барьера отображаются налинейными элементами C_j и R_j. Они соответствуют ёмкости и сопротивлению барьера Шоттки, определяемые ВАХ и ВФХ диода. Сопротивление R_s равно сумме нейтральной части полупроводника и контактного сопротивления. Параметры L_s и C_корп – “холодные” реактивности корпуса– -индуктивность подводящих контактов и емкость корпуса.

Схема включения детекторного диода

В схеме включения трансформатор – обозначает элемент связи, за счет которого сигнал подается на диод, ёмкость – на основе принципа детектирования преобразует синусоидальный сигнал в постоянный, сопротивление – является нагрузкой в данной цепи.

Схема включения детекторного диода в коаксиальную ЛП при помощи ёмкостного штыря

Включение ДД в коаксиальную ЛП при помощи петли связи

Смесительный диод

Эквивалентная схема смесительного диода

Данная схема такая же как и у детекторного диода.

Балансный смеситель

Балансный смеситель с подавлением комбинационных частот

Двойной балансный смеситель

Ответ:

Источники:

1. Григорьев А.Д., Иванов В.А., Молоковский С.И., Микроволновая электроника.

2. Материалы для лекций 13, 14.

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.

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

Дано: L_device=5 мкм

Решение:

2.1.

Лавинно-пролетный диод (из кремния)

Характерной чертой распределения статического поля в этой структуре является локализация высокой напряженности поля в узкой области обратно смещенного p⁺-n перехода. На данном рисунке показан вариант, когда внешнее напряжение обеспечивает полное обеднение n-области, а в i-области поле больше, чем насыщение E_s. При увеличении напряжения U₀ напряженность электрического поля в некоторой области l_a достигает критического (пробивного) значения E_пр. достаточного для возникновения лавинного пробоя. Эта область называется зоной лавинного умножения. Электроны, вышедшие из зоны лавинного умножения. Дрейфуют под действием электрического поля в n- и i-областях, пока не достигнут анода. Длина области, где происходит дрейф с постоянной скоростью, называется пространством дрейфа и обозначена как l_d.

На этом графике приведена зависимость дрейфовой скорости от величины напряженности поля. Согласно этому графику дрейфовая скорость стремится к некоторому значению насыщения (примерно 10⁵ м/с).

Диод Ганна (из арсенида галлия):

Зависимость средней дрейфовой скорости электронов от напряженности электрического поля для GaAs показана на втором рисунке. В слабом поле подвижность µ электронов велика. При напряженности электрического поля больше порогового (E_пор) средняя дрейфовая скорость электронов уменьшается с ростом поля за счет перехода части электронов в «боковую» долину, в которой эффективная масса электрона значительно возрастает. Начиная с некоторого значения напряженности (E_нас) средняя скорость электронов почти не зависит от поля. Существование падающего участка характеристики ν(E) в области отрицательной дифференциальной подвижности при однородном распределении электрического поля вдоль однородно легированного образца GaAs приводит к появлению падающего участка на ВАХ диода. На этом участке диод мог бы использоваться для генерирования и усиления СВЧ-колебаний из--за наличия отрицательной дифференциальной проводимости. Однако на практике осуществление такого режима в образце полупроводникового материала с отрицательной дифференциальной проводимостью затруднено из-за неустойчивости поля и объемного заряда.

2.2.

• ЛПД

Согласно данным, приведенным в пособии по лабораторным работам «МИКРОВОЛНОВЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА» издательства СПбГЭТУ «ЛЭТИ» частота генерации для ЛПД определяется по формуле:

Где v_нас=10⁵ м/с

Тогда

• Диод Ганна

Согласно данным, приведенным в пособии по лабораторным работам «МИКРОВОЛНОВЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА» издательства СПбГЭТУ «ЛЭТИ» частота генерации для диода Ганна определяется по формуле:

Где v_нас=10⁵ м/с

Тогда

Ответ: Частота генерации для ЛПД f₀=10 ГГц, а для диода Ганна f₀=20 ГГц.

Источники:

1. Григорьев А.Д., Иванов В.А., Молоковский С.И., Микроволновая электроника.

2. Материалы для лекций 16.

3. Иванов В.А., Коломийцев А.А., Микроволновые приборы и устройства (Лабораторный практикум).

Задача №3.

1. Сравните максимально возможную толщину базы Биполярного транзистора и длину затвора Полевого транзистора при работе на частоте . Оцените угол пролета в обоих случаях. Свяжите с решением задачи №5 из 1-го задания.

2. Обоснуйте тенденцию использования в современных транзисторах таких материалов как GaN , InP, SiC, алмаз С.

3. Сравните преимущества и недостатки использования в микроволновом диапазоне HEMT-приборов и транзисторов с баллистическим транспортом. Какова должна быть толщина высоколегированной области HEMT c , если контактная разность потенциалов равна

4. Нарисуйте (качественно) выходные и входные ВАХ трех ПТБШ с одинаковыми размерами, но изготовленными из Si, GaN, GaAs.

5. Нарисуйте семейство входных и выходных ВАХ и коэффициента шума на одном графике. Объясните, почему у ПТБШ хорошие шумовые характеристики при большой электронной температуре носителей. При анализе используйте решение задачи №7 из первого задания.

Дано: f₀=7 ГГц, N_d=8,25*10¹⁷ см^-3, φ_k=0,8 В