射频电路设计(第六章).ppt

射频电路设计 信息科学与技术学院 目 录 第一章 引言 第二章 传输线分析 第三章 Smith圆图 第四章 单端口网络和多端口网络 第五章 有源射频器件模型 第六章 匹配网络和偏置网络 第七章 射频仿真软件ADS概况 第八章 射频放大器设计 第九章 射频滤波器设计 第十章 混频器和振荡器设计 第六章有源射频元件 6.1半导体基础 6.2射频二极管 6.3BJT双极结晶体管 6.4射频场效应晶体管 6.5高电子迁移率晶体管 6.1半导体基础 6.1半导体基础 6.1半导体基础 6.1半导体基础 6.1半导体基础 6.1半导体基础 6.1半导体基础 如果再考虑空穴电流从P型半导体到N型半导体的流动以及与之相抵消的场感应电流中的相应部分IPF，可以得到扩散阻挡层电压： 6.1半导体基础 6.1半导体基础 6.1半导体基础 6.1半导体基础 6.1半导体基础 6.1半导体基础 6．2 射频二极管 6．2 射频二极管 6.2射频二极管 6.2射频二极管 PIN管的动态电阻： 通过在Q点附近的泰勒展开，得动态电阻： 其中：Ipo=A（qni2W）/（ND τP ） 小信号模型： 6.2射频二极管 6.2射频二极管 图6．17画出了在给定的结电阻范围内正偏置条件下的转换器损失(dB)： 6.2射频二极管 例题6．6 确定具有特定电容一电压性能所需的掺杂分布 求合适的掺杂浓度分布ND(x)以保证变容二极管的电容随外加负偏压VA的变化 如 其小常数c’。＝5x10-12FV．二极管截面积给定为A=10-4cm2。 解：基于(6．39)式，可预计空间电荷区长度的范围为： 6.2射频二极管 如图6．19为变容二极管的简化电路模型， 包括一基底电阻和以(Vdiff-VA) -1/2形式随电压改变的电容。这是掺杂分布常量的情况. 电容有以下的一般表示： 6.2射频二极管 6.2射频二极管 6.2射频二极管 隧道二极管的等效电路： 如图6.２６所示．（类似于图6．23示出的IMPATT二极管的电路）。这里图中Rs和Ls是半导体层的电阻和引线电感。结电容CT与负电导—g＝dI／dV并联，后者是由图6.25(a)给出的I-V曲线的负斜率得出的。 如图6.２7所示为含有隧道二极管的一个简单的放大器电路。令功率放大因子Gr为负载RL上的功率与来自源的最大有效功率Ps＝∣VG ∣2 ／(8RG)的比值，得到在谐振下功率放大因子的表达式： 其中Rs的影响被忽略。如果合理选择g值 当(g＝1／RL+1／RG)，则上式中分母趋于零，此时 放大器变成振荡器。 6.2射频二极管 6.2.6 TRAPATT,BARRITT和Gunn二极管 下面简要介绍另外三种形式的二极管，但不涉及其电路描述及电参量的定量推导。 一、 TRAPATT：是俘获等离子体雪崩触发渡越的缩语， TRAPATT二极管是IMPATT二极管在效率上的增强，通过利用能带隙的势阱使实现更高的效率(直到75％) 。这类势阱是位于能带隙内的能级，并可俘获电子。 外电路保证在正半周时产生高的势垒电压，造成电子一空穴等离子体中的载流子倍增。造成在负半周时二极管的整流特性中出现击穿。由于电子—空穴等离子体的建立过程要比在IMPATT二极管中穿过中间层的渡越时间较慢些，故该管的的工作频率稍低于IMPATT二极管。 二、BARRITT：是势垒注入渡越时间的英语缩称。它本质上是渡越时间二极管，其P+NP+掺杂分布的作用像是一个无基极接触的晶体三极管。其空间电荷区域从阴极通过中间层扩展到阳极中；其小信号等效电路模型包括一电阻和—并联电容，电容值与DC偏置电流有关。不同于IMPATT二极管，其AC电路产生一负相位(直到-900)，有5％或更小的相对低的效率。ARRITT二极管在雷达的混频器和检波电路中得到应用。 三、 Gunn二极管(耿氏二极管)是以其发明者命名的。他在1963年发现在某种半导体(GaAs，InP)中，足够高的电场强度能造成电子散射到能带隙分隔增大的区域中；由于带隙能的增加使电子在迁移率μ0受到损失。例如在GaAs中当场强从5kv赠强到7kv／cm时．漂移速度从2x107cm/s降落到小于107cm/s。负的微分迁移率为： 它被用于振荡电路中。为开发Gunn效应在RF和Mw中的应用，需要有一特定的掺杂分布，以保证一旦电压超过所要求的阀值时，就产生稳定的、单—载流子的空间电荷区。 6．3 BJT双极结晶体管 双极晶体管的组成是在NPN或PNP配置下三层交替掺杂的半导体。双极是指少数和多数载流子两者造成内部电流。 6．3．1 结构