Диоды с переменной емкостью

1.

НИУ МЭИ
Кафедра Полупроводниковой электроники
Дисциплина:
Полупроводниковые СВЧ приборы
Тема 2.
Диоды с переменной емкостью
Рис. 8а

2.

n,p
pp
Ступенчатый pn-переход
Na
nn
Nd
np
q Nd
I
pn x
+
x
q Na
ℰ
U
x
б)
а)
E
Ec
I Is (
);
Na Nd
1/ 2
q Uк
Ev
qU
e kT -1
0 q Nd
C U S
2
U
U
к
0
x
F
Рис. 9

3.

Типы диодов с переменной емкостью
Название
Назначение
Типичные значения
емкости (пФ)
Параметрический диод
Усиление слабых
сигналов
0,01 – 0,1
Варактор
(умножительный диод)
Умножение частоты
0,1 – 1
Варикап
(настроечный
диод)
Перестройка частоты;
частотная модуляция
1 – 10
Рис. 9в

4.

Усиление с помощью двухполюсника
I
Rd
E
Rd < 0
Rн
i (t)
-
Uн
t0
t0
U0
Rн
U E
Rн Rd
+
t1
t
t1
U
u (t)
U E ? Rd 0
t
Рис. 9г
p ui 0

5.

Параметрический диод (модель)
CU2 Q 2
Q CU; W
2
2C
C1 = C0 – C
Uc
t
С(t)
L
Q2 Q2
W W1 W0
2C1 2C0
С
С0
С1
C << C0 ; C1 C0
t
а)
t 0; Q = I t 0
б)
Рис. 10
W
Q2
2C02
С 0

6.

Усиление с помощью ПД в двухконтурной схеме
ПД
Допущения: Na Nd ;
U0 Uк ;
1/ 2
U2
2
U0
+
u U0 u1; u1 U0 ;
U1
1
u1 U1 cos 1t U 2 cos 2 t 2 ;
dQ Q du
C u du ;
d t u dt
dt
i C0 U0 C u1 ... du ;
u |U
dt
i
0
i iC0 i
Рис. 10в
q Nd
C U S 0
2U
Принимаем условно: Uобр >0
1/ 2
q
N
1
1 C0
3 / 2
C
S 0 d U0
u |U
2
2
2 U0
0
1 C0
U1 cos 1 t U 2 cos 2 t 2
i
2 U0
U1 1 sin 1 t U 2 2 sin 2 t 2 ;
1
Учтем: sin cos sin sin
2

7.

Усиление с помощью ПД в двухконтурной схеме (продолжение)
1 C0
{U 12 1 sin 2 1 t U1 U2 1 2 sin 1 2 t 2
4U 0
U 1U 2 1 2 sin 1 2 t 2 U 22 2 sin 2 2 t 2 }. Зададим: 1 = 2 2
i
1 C0
i2
2 U 1 U 2 sin 2 t 2 ;
4U0
Обозначим: C1 1 C 0 U 1 C U 1;
2U0
U
1
I 2 2 C1 U 2 exp j 2 t 2 ;
2
2
I 2 1
Y2
2 C1 exp j 2 2 ;
U 2 2
2
U 2 U2 exp j 2 t 2
Зададим: 2 = / 4
exp j 2 2 exp 1 ;
2
Рис. 10г
1
Y2 G2 2 C1 0
2

8.

Принцип усиления в трехконтурной схеме
Упрощенно:
U1 1
3 = 1 – 2
1) [U1, 1] + [U2, 2] [U3, 3];
1 C0
i3
3 U 1 U 2 sin 3 t 2
4 U0
U2
2
ПД
U0
+
ХК
3
2) [U1, 1] + [U3, 3] U2 , 2 ;
i 2
1 C0
2 U 1 U 2 sin 2 t 2
4U0
Y2 G2 0
Рис. 10д
[ 1] + [ 2] [n 1 m 2 ]

9.

Усилитель на параметрическом диоде
U1 1
Zн
П П Ф 1
2
Ц
/4
Тр
ППФ
2
Ср
ХК
Lр
ПД
U2 2
Рис. 10г
+
U0
3

10.

Удвоитель-утроитель частоты
Pвых = 2(3) f
U0
ФНЧ
2 /4
3 /4
f = 150 ГГц
Pвх
Варактор
Кварц
2,3 0,34 0,06
Рис. 11

11.

Эквивалентная схема умножителя частоты
U0
Pвх
Pвых
ФНЧ
РФ
РФ
2
3
Ср
2(3)
Варактор
Рис. 12