Ingegneria a microonde - Componenti
In questo capitolo discuteremo dei componenti a microonde come i transistor a microonde e diversi tipi di diodi.
Transistor a microonde
È necessario sviluppare transistor speciali per tollerare le frequenze delle microonde. Quindi per le applicazioni a microonde,silicon n-p-n transistorsin grado di fornire potenze adeguate alle frequenze delle microonde. Sono con tipicamente 5 watt a una frequenza di 3GHz con un guadagno di 5dB. Una vista in sezione trasversale di tale transistor è mostrata nella figura seguente.
Costruzione di transistor a microonde
Un n tipo strato epitassiale è cresciuto n+substrato che costituisce il collettore. Su questonregione, uno strato di SiO2 viene coltivato termicamente. UNp-base e pesantemente drogato n-emitterssono diffusi nella base. Le aperture sono realizzate in Ossido per contatti ohmici. I collegamenti vengono effettuati in parallelo.
Tali transistor hanno una geometria della superficie classificata come interdigitata, sovrapposta o matrice. Queste forme sono mostrate nella figura seguente.
I transistor di potenza impiegano tutte e tre le geometrie di superficie.
I transistor di piccolo segnale impiegano una geometria della superficie interdigitata. La struttura interdigitata è adatta per applicazioni con piccoli segnali nelle bande L, S e C.
La geometria della matrice è talvolta chiamata mesh o griglia emettitore. Le strutture Overlay e Matrix sono utili come dispositivi di alimentazione nelle regioni UHF e VHF.
Funzionamento dei transistor a microonde
In un transistor a microonde, inizialmente le giunzioni emettitore-base e collettore-base sono polarizzate inversamente. All'applicazione di un segnale a microonde, la giunzione emettitore-base diventa polarizzata in avanti. Se unap-n-ptransistor è considerato, l'applicazione del picco positivo del segnale, polarizza in avanti la giunzione emettitore-base, facendo andare i fori alla base negativa sottile. I fori accelerano ulteriormente fino al terminale negativo della tensione di polarizzazione tra il collettore e i terminali di base. Un carico collegato al collettore riceve un impulso di corrente.
Dispositivi a stato solido
La classificazione dei dispositivi a microonde a stato solido può essere eseguita:
A seconda del loro comportamento elettrico
-
Tipo di resistenza non lineare.
Esempio - Varistori (resistenze variabili)
-
Tipo di reattanza non lineare.
Esempio - Varactor (reattori variabili)
-
Tipo di resistenza negativa.
Esempio: diodo tunnel, diodo Impatt, diodo Gunn
-
Tipo di impedenza controllabile.
Esempio: diodo PIN
-
- A seconda della loro costruzione
- Diodi di contatto puntuali
- Diodi a barriera Schottky
- Dispositivi semiconduttori a ossido di metallo (MOS)
- Dispositivi di isolamento in metallo
I tipi di diodi che abbiamo menzionato qui hanno molti usi come amplificazione, rilevamento, generazione di energia, spostamento di fase, conversione verso il basso, conversione verso l'alto, modulazione di limitazione, commutazione, ecc.
Diodo Varactor
Una capacità variabile di tensione di una giunzione polarizzata inversa può essere definita diodo Varactor. Il diodo varactor è un dispositivo semiconduttore in cui la capacità di giunzione può essere variata in funzione della polarizzazione inversa del diodo. Le caratteristiche CV di un tipico diodo Varactor e i suoi simboli sono mostrati nella figura seguente.
La capacità di giunzione dipende dalla tensione applicata e dal design della giunzione. Lo sappiamo,
$$ C_j \: \ alpha \: V_ {r} ^ {- n} $$
Dove
$ C_j $ = capacità di giunzione
$ V_r $ = Tensione di polarizzazione inversa
$n$ = Un parametro che decide il tipo di giunzione
Se la giunzione è polarizzata inversamente, i vettori mobili esauriscono la giunzione, determinando una certa capacità, in cui il diodo si comporta come un condensatore, con la giunzione che agisce come un dielettrico. La capacità diminuisce con l'aumento della polarizzazione inversa.
L'incapsulamento del diodo contiene conduttori elettrici attaccati al wafer semiconduttore e un conduttore attaccato alla custodia in ceramica. La figura seguente mostra l'aspetto di un diodo Varactor a microonde.
Questi sono in grado di gestire grandi potenze e grandi tensioni di rottura inversa. Questi hanno un basso rumore. Sebbene la variazione della capacità di giunzione sia un fattore importante in questo diodo, resistenze parassite, capacità e conduttanze sono associate a ogni diodo pratico, che dovrebbe essere mantenuto basso.
Applicazioni del diodo Varactor
I diodi Varactor vengono utilizzati nelle seguenti applicazioni:
- Up conversione
- Amplificatore parametrico
- Generazione di impulsi
- Modellazione dell'impulso
- Circuiti di commutazione
- Modulazione dei segnali a microonde
Diodo a barriera Schottky
Questo è un semplice diodo che mostra un'impedenza non lineare. Questi diodi vengono utilizzati principalmente per il rilevamento e la miscelazione a microonde.
Costruzione del diodo a barriera Schottky
Un pellet semiconduttore è montato su una base metallica. Un filo caricato a molla è collegato con una punta acuminata a questo pellet di silicio. Questo può essere facilmente montato su linee coassiali o in guida d'onda. La figura seguente fornisce un'immagine chiara della costruzione.
Funzionamento del diodo a barriera Schottky
Con il contatto tra il semiconduttore e il metallo, si forma una regione di esaurimento. La regione del metallo ha una larghezza di svuotamento minore, in confronto. Quando viene stabilito il contatto, il flusso di elettroni si verifica dal semiconduttore al metallo. Questo esaurimento crea una carica spaziale positiva nel semiconduttore e il campo elettrico si oppone a un ulteriore flusso, il che porta alla creazione di una barriera all'interfaccia.
Durante la polarizzazione diretta, l'altezza della barriera viene ridotta e gli elettroni vengono iniettati nel metallo, mentre durante la polarizzazione inversa, l'altezza della barriera aumenta e l'iniezione di elettroni quasi si arresta.
Vantaggi del diodo a barriera Schottky
Questi sono i seguenti vantaggi.
- A basso costo
- Simplicity
- Reliable
- Figure di rumore da 4 a 5 dB
Applicazioni del diodo a barriera Schottky
Queste sono le seguenti applicazioni.
- Mixer a basso rumore
- Miscelatore bilanciato in radar ad onda continua
- Rivelatore a microonde
Dispositivi ad effetto Gunn
JB Gunn ha scoperto fluttuazioni periodiche della corrente che passa attraverso il n-type GaAscampione quando la tensione applicata ha superato un certo valore critico. In questi diodi ci sono due valli,L & U valleysin banda di conduzione e il trasferimento di elettroni avviene tra loro, a seconda del campo elettrico applicato. Viene chiamato questo effetto dell'inversione della popolazione dalla valle L inferiore alla valle U superioreTransfer Electron Effect e quindi questi sono chiamati come Transfer Electron Devices (TED).
Applicazioni dei diodi Gunn
I diodi Gunn sono ampiamente utilizzati nei seguenti dispositivi:
- Trasmettitori radar
- Transponder nel controllo del traffico aereo
- Sistemi di telemetria industriale
- Oscillatori di potenza
- Circuiti logici
- Amplificatore lineare a banda larga