МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра МВЭ

9 баллов. Основательно!! Спасибо!

Задание №3

по дисциплине «Микроволновая электроника»

Студент гр. 2206		Signora_Viviera
Преподаватель		Иванов В.А.

Санкт-Петербург

2025

Задача №1.

Диоды с положительным динамическим сопротивлением.

1.1. Рассчитать токовую чувствительность ДД с коэффициентом идеальности,

Согласно источнику [1 стр. 323] максимальная токовая чувствительность для идеального ДД ограничивается значением при Т=300 К, если рассматриваем ДД с коэффициентом идеальности n=2,4, то значение токовой чувствительности:

Важно отметить, что в данной формуле не учитываются паразитные элементы схемы диода и граничная рабочая частота, поэтому она является приближенной.

1.2. Каково будет приращение тока при подаче на диод микроволновой мощности

Согласно [1 стр. 323] приращение тока может быть выражено из формулы для токовой чувствительности:

1.3. Оцените тангенциальную чувствительность (выразить в ), если эффективная шумовая температура диода составляет , а полоса усилителя .

Для расчета мощности шумов воспользуемся формулой Найквиста [1 стр.46] и формулой мощности:

Тогда тангенциальная чувствительность [1 стр. 325]:

1.4 Сравните основные сходства и отличия в функциональной роли, структуре, параметрах детекторного диода и смесительного диода.

** Для составления ответа, были изучены источники [1], [2], [3] и [4] на основе полученной информации, самостоятельно были составлены следующие рассуждения:

Функциональная роль:

Детекторный диод преобразует слабые микроволновые сигналы в постоянный ток, т.е. выполняет роль выпрямителя, а также может выделять из модулированного напряжения сигнал низкой частоты, в соответствии с законом которого была осуществлена амплитудная модуляция ВЧ-сигнала т.е. используется для детектирования.

Смесительный диод преобразует сигналы СВЧ в сигналы промежуточной частоты, т.е. он переносит сигнал с одной частоты на другую за счёт нелинейных свойств ВАХ. На него одновременно подаются два сигнала – обычно сигнал от антенны и сигнал гетеродина. В результате нелинейного взаимодействия этих сигналов в цепи появляются токи на комбинационных частотах, включая разностную частоту. С помощью колебательного контура, настроенного на промежуточную частоту, из множества компонент выделяется нужный сигнал, соответствующий разностной частоте. Таким образом, СД аналогичен ДД, только на него помимо исходного сигнала подают дополнительный сигнал фиксированной амплитуды c гетеродина.

Подытожим:

Таблица 1. Сходства и различия по функциональной роли

	ДД	СД
Сходства	Используют нелинейность ВАХ
Различия	Получение НЧ огибающей/сигналов постоянного тока	Преобразование СВЧ сигнала в сигнал промежуточной частоты

Структура:

Детекторный диод:

Существует несколько конструктивных исполнений детекторных диодов:

Рисунок 1 – точечный ДД [1 стр.316]

Составные элементы: 1 – поликристаллический образец кремния p-типа 2 – пружина из вольфрамовой проволоки, заточенная на конце 3 и 4 – электроды, спаянные с керамическим корпусом – 5.

В месте сварки острия пружины и полупроводника формируется переход металл–полупроводник, т.е. создаётся барьер Шоттки с очень малой площадью контакта (единицы мкм²), из-за чего сумма сопротивлений нейтральной части полупроводника и контакта – велико, а переход характеризуется относительно малой ёмкостью, что позволяет повысить рабочую частоту диода. Но возникает довольно большой коэффициент не идеальности ВАХ n≈3...4 из-за дефектов в месте контакта и большого числа электронных ловушек на границе раздела.

Таким образом, подобная структура проста и удобна для быстрой сборки и может использоваться в устройствах, где критична малая переходная ёмкость, но допустимы высокие шумы.

Рисунок 2 – ДД на эпитаксиальной структуре [1 стр.316]

Диод выполняется по эпитаксиальной меза-структуре. Такая конструкция чаще всего реализуется на GaAs – материале с высокой подвижностью носителей и отличными ВЧ-свойствами. Составные элементы:

1 – контакт из благородного металла (чаще всего золота), нанесённый методом вакуумного испарения. Формирует барьер Шоттки с полупроводником.

2 – эпитаксиальный слой n-типа: тонкая плёнка GaAs, выращенная на подложке. Обеспечивает нужные электрические свойства перехода.

3 – подложка n⁺-типа: сильно легированный слой, обеспечивающий малое сопротивление, через который подключается обратный контакт.

Барьер Шоттки, образуемый между золотом и n-эпитаксиальным слоем, близок к идеальному: низкий ток утечки, стабильные параметры, высота барьера определяется только разностью работ выхода. Хоть емкость такого перехода и больше (вследствие большей площади контакта), чем у точечного ДД, наличие низкого сопротивления , за счет сильнолегированной области, говорит о том, что такой диод будет иметь более высокую рабочую частоту и меньший уровень шумов по сравнению с точечным.

Рисунок 3 – ДД планарной конструкции [1 стр.316]

Планарная конструкция ДД, широко используется в СВЧ-интегральных схемах. Выпрямляющий контакт образует барьер Шоттки в месте соприкосновения Au с n-областью полупроводника. Оксид кремния

представляет собой изолирующий слой, отделяющий участки металлизации. Сильно легированная n⁺ подложка, обеспечивает надёжный омический контакт (через никель – Ni). Металлические площадки из Au и Ni формируют контакты к внешним цепям.

Такая конструкция подходит для массового производства. Покрытие контактных площадок золотом обеспечивает стабильность параметров и стойкость к окислению.