Опишем схемотехнические модели микроволновых диодов с положительным динамическим сопротивлением (произвольный выбор).
Прежде рассмотрим полную модель диода [5, с. 36], используемую в программах для компьютерного моделирования схем.
Рисунок 7 – «Полная модель диода»
Символы диода
здесь отображают диффузионный ток
и ток рекомбинации
; ток пробоя
представлен управляемым источником
тока.
– прямое сопротивление,
– барьерная емкость;
– диффузионная емкость.
Данные параметры используются программой
PSpice.
Рассмотрим варакторный диод и смесительный диод.
Смесительный диод.
На
основе эквивалентной схемы диода
построим схемотехническую модель [6, с.
82], рисунок 7. Схема включает в себя
барьерные, диффузионные емкости. Также
необходимо учитывать паразитное влияние
корпуса диодов (для этого используем
емкость и индуктивность
).
Такую схему в дальнейшем можно
использовать для проектирования
смесителя на диодах, используемого для
преобразования частоты.
Диодные смесители работают, как мультипликативные, то есть – для преобразуемого сигнала диоды периодически открываются и запираются с частотой гетеродина. Потери таких составляют от 5 до 8 дБ.
Стоит отметить, что смесители могут быть построены на одном диоде (однотактные смесители), на двух (балансные) и на четырех (кольцевые). Наиболее широко используемый в СВЧ-устройствах балансный смеситель, выполняемый на диодах и на балансном смесители. (его основное достоинство: устраняется мощный сигнал гетеродина; недостаток: используется только один полупериод сигнала гетеродина).
Рисунок 8 – «Схемотехническая модель диода»
Варакторный диод.
На
рисунке 9 представлены модели варакторов
[7, с. 704]. Традиционная модель представлена
на рисунке 6, (а), где
cумма
сопротивлений нейтральной части
полупроводника и контактного сопротивления;
и
– индуктивность подводящих контактов
и емкость корпуса. Данная модель не
объясняет снижение эффективности
преобразования выше определенного
уровня входной мощности, которая часто
наблюдается в экспериментах. При малых
входных мощностях точности модели
(рисунок 9, (b))
становится достаточно. Однако на высоких
уровнях мощности нужны только точные
модели (рисунок 9, (c)),
которые обеспечивают точные предсказания
получаемых частот. Данные модели не
учитывают эффект пробоя и его влияние
на работу.
Рисунок 9 – «Схемотехнические модели варакторов на диодах Шоттки. (а) – модель постоянного последовательного сопротивления, (b) – модель переменного последовательного сопротивления, (c) – модель, включающая все физические эффекты.»
3.5 Балла
Задача №2.
Диоды с отрицательным динамическим сопротивлением.
Нарисовать типовое распределение по координате легирующей примеси, концентрации подвижных носителей заряда, 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.
Определить частоту генерации ЛПД и ДГ с бегущим доменом при длине активной области .
.
Примечание: весовой коэффициент задачи 2балла