Diode diode de comutație cu microunde

Diodele de comutare concepute pentru a fi utilizate în comutarea dispozitivelor de semnalizare cu microunde (dispozitive de protecție, dispozitive de comutare, cum ar fi „de transmisie / recepție“ în antene matrice scanate etc.). Funcționarea acestor diode bazate pe schimbarea impedanței la frecvența semnalului în funcție de amploarea și polaritatea tensiunii de polarizare. Diodele de comutare sunt de două tipuri - structura rezonant și \ (p \) - \ (i \) - (. Vezi structura de diode-p i-n) \ (n \).

Diodele folosite posibil rezonant pentru a obține un circuit de rezonanță serie sau în paralel format din reactanța diode. Parametrii de circuit sunt selectate astfel încât atunci când o polarizare directă a apărut circuitul de rezonanță paralel, caracterizat printr-o mare rezistență. Când prejudecată inversă apare circuitul de rezonanță serie și rezistența diodei scade brusc. Astfel de diode de comutare permite puterii semnalului de microunde până la 1 kW în modul de impulsuri și 10 wați în modul continuu, cu un timp de comutare nu mai mult de 20 ns.

Pentru a crește puterea de manipulare este necesară pentru a mări suprafața de transfer, ceea ce duce la o creștere a capacității sale. Creșterea zonei de tranziție cu o capacitate mică este realizată în \ (p \) - \ (i \) - \ (n \) - diode. Nucleul oricărui \ (p \) - \ (i \) - \ (n \) - diodă este o structură multistrat semiconductor, cea mai simplă formă este prezentată în Fig. 2.8-4.

Interioară înaltă rezistență \ (i \) - regiunea are în general o grosime de la câteva sute de microni, concentrația de purtători de sarcină în acesta este de aproximativ 10 13 cm -3. Dacă sursa este o tensiune externă constantă conectat la polul pozitiv la stratul \ (p \), și negativ - la \ (n \), atunci \ (i \) - strat crește concentrația de electroni și găuri datorate injectării gaura de la \ (p \ ) -domain și acumularea de electroni \ (n \) - regiunea. Concentrația de purtători injectați este de 10 16. 10 17 cm -3. DC direcția înainte curge prin structură. De obicei densitatea de curent este de aproximativ 10 A / cm 2. Atunci când o prejudecată inversă a numărului de transportatori \ (i \) - strat scade în raport cu valoarea inițială (10 13 cm -3) încă aproximativ un ordin de mărime. Astfel, numărul de purtători în \ (i \) - un strat la trecerea de la modul curent direct la prejudecată inversă este schimbat la patru ordine de mărime. Aproximativ conductivitate variază, de asemenea, \ (i \) - strat.

The-volt-amper \ caracteristică (p \) - \ (i \) - \ (n \) - dioda, luate la curent constant, este calitativ diferit de curent-tensiune \ caracteristică (p \) - \ (n \) - dioda (Fig. 2.8-5). Caracteristica principală \ (p \) - \ (i \) - \ (n \) - dioda este că reprezintă neliniaritatea inerțial. Mecanismul de acțiune a tensiunii dioda cu microunde este radical diferit de efectele tensiunii DC sau o frecvență relativ scăzută.

Fig. 2.8-5. Statică Caracteristica volt-amper a p-i-n-diode și impactul asupra ea unui semnal de microunde

Atunci când sunt expuse la dioda directe curent constant în \ (i \) - apare stratul de încărcare acumulat. Un circuit paralel al diodei în linia de transmisie în fluxurile sale curente RF. Efectul acestui curent la taxa stocate, adică, pe conducta de diode, mult mai slab decât DC. Acest lucru se datorează faptului că taxa se schimbă în jumătatea de ciclu pozitiv al curentului cu microunde, mult mai puțin decât taxa acumulat. Cu negativ jumătate de cicluri de oscilație cu microunde când curentul prin dioda ar trebui să fie absentă (Fig. 2.8-5), o modificare a taxei acumulate și, prin urmare, conducția diodei este de asemenea neglijabil.

Diferența în efectul asupra conductivității dioda DC și RF curenți crește odată cu creșterea duratei de viață a purtătorilor de sarcină și o creștere a frecvenței de oscilație cu microunde. La zero sau negativă scăzută de conducere prejudecată diode datorită inerției sale, este stocat la tensiuni relativ ridicate cu microunde. Scurte impulsuri de tensiune pozitivă de mai puțin de jumătate din perioada de oscilație cu microunde (Fig. 2.8-5) este insuficientă pentru a schimba conducta de diode. Astfel, pentru oscilații cu microunde în modul curent continuu, iar în modul de polarizare inversă, \ (p \) - \ (i \) - \ (n \) - dioda poate fi considerat în primă aproximație ca Bipole liniară fixă.

dial alimentare \ (p \) - \ (i \) - \ (n \) - diode de semnal pot ajunge la sute de kilowați pe puls. Cu toate acestea, comutarea acestor diode este mai mare decât diodele de comutare rezonante ca bază pentru munca lor a pus inerția injecției și resorbția purtătorilor de sarcină. Cu o creștere semnificativă sau scădere a curentului de microunde în frecvență de oscilație \ (p \) - \ (i \) - \ (n \) - diode pot fi observate schimbări în conducție dioda sub influența semnalelor de microunde și efecte detectarea. Aceste fenomene, pe de o parte, reduce valoarea puterii pornit, iar pe de altă parte - sunt utile în construcția de limitatoare de microunde semiconductoare.

Principalii parametri ai diodele de comutare includ: pierderea de blocare (\ (L_z \)) și pierderea transmisiei (\ (L_ \)), un parametru de calitate legat (\ (K \)) și chastotadioda critice (\ (f_ \)), în timp ce recuperarea înainte și înapoi. taxa, și altele stocate.

pierdere (\ (L_z \)) și pierderi de transmisie de blocare (\ (L_ \)). Pentru oricare dintre dioda de comutare se caracterizează prin două moduri de bază ale funcționării. Primul mod - este o stare dioda când formează semnalul corespunzător puterii și frecvenței trece liber printr-un (mod de transmisie) cu comutare de circuite. Al doilea mod constă în blocarea circuitului diodă comutată la frecvența semnalului comutată (modul de blocare). Comutarea se realizează prin modificarea rezistenței dioda la frecvența de lucru. Modul de blocare corespunde o rezistență scăzută, iar modul de transmisie - rezistență ridicată. Pentru a descrie proprietățile de bază ale unui comutator diodă este utilizat în ambele moduri cantitate egală cu raportul dintre puterea semnalului de microunde furnizat către dispozitivul de comutare a puterii care trece prin dispozitiv. Această atitudine este de obicei exprimat în decibeli, pentru blocarea modul de blocare este numit lossy (\ (L_z \)), precum și pentru modul de transmisie - pierderile de transmisie (\ (L_ \)). Știind pierderea poate determina cu ușurință puterea disipată în dioda într-un anumit mod de operare:

Evident, în modul de blocare, mai mare putere disipată și nu trebuie să depășească valoarea maximă admisă pentru dioda special în circuit.

diodă de calitate (\ (K \)). Pentru caracteristicile pierderilor generalizate ale parametrilor de diode de comutare a intrat factor special, denumit calitatea dioda de comutare. Acest raport se calculează cu formula:

Astfel, calitatea dioda este independentă de includerea ei în linia de circuit, rezistența liniei de undă, etc. și este determinată în întregime de caracteristicile \ interne (p \) - \ (i \) - \ (n \) - structură și semnal parametri.

Frecvența critică (\ (f_ \)). diode de eficacitate în aplicarea lor la dispozitivele de comutare cu microunde pot fi de asemenea evaluate folosind astfel de parametri ca frecvența critică (\ (f_ \)). Asa numita frecvență critică a frecvenței semnalului de intrare la care (creșterea treptată a frecvenței) structurii capacitanță dioda devine egală cu valoarea medie geometrică a rezistenței sale la un curent înainte și prejudecată inversă.

În general, frecvența critică se realizează:

\ (C_d \) - dioda capacitate

\ (R_ \) - o rezistență directă pierdere,

\ (R_ \) - rezistența la pierderi inversă.

Frecvența critică este direct legată de calitatea diodei, care poate fi calculată pentru semnalul de lucru cu o frecvență \ (f \), cu următoarea formulă:

De obicei, sistemul include o diodă de comutație parametri: critice de frecvență, capacitate și rezistența la microunde la o anumită valoare a curentului înainte. Rezistența activă a diodei cu o prejudecată negativă pot fi găsite în baza formulelor de mai sus.