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微波有源器ppt課件(編輯修改稿)

2026-05-26 01:24 本頁面

　

【文章內容簡介】圖 211 甘氏二極管振蕩器 16 PIN二極管 —結構 PIN二極管（簡稱 PIN管）是微波控制電路中最重要的一種微波控制器件。 PIN管與一般的 PN二極管（見圖 a）不同，在 P跟 N型半導體材料之間多了一個絕緣區，叫做本征區。嚴格地說本征區并非完全 “ 絕緣 ” ，還有很少的載流子以支持很小的電流，其結構見圖 b。圖 c給出幾種低功率電平下的封裝形式。圖 212 A： PN二極管； B： PIN二極管； C： PIN二極管封裝 17 PIN二極管 —工作特點 ① 不加偏壓時， PIN管電阻是很大的。 PIN管 P+、 N+都是重摻雜的，見圖 a，雜質分布見圖 b。本征層的電阻很高。空間電荷的分布 ?(x)及電場的分布 E(x)見圖 c、 d。 PIN管中 P+、 N+層的導電率很高，空間電荷層即耗盡層主要建立在 I層中，在 I層中除了耗盡層之外的其余厚度為非耗盡層。與非耗盡層相比，耗盡層具有更高的電阻率，因此在不加偏壓時 PIN管的電阻是很大的。圖 213 PIN管中雜質空間電荷及電場分布 18 PIN二極管 —工作特點 ② 直流偏壓下的 PIN管特性在負偏壓之下（ P+層接負、 N+層接正）， PIN管中的電場增強，勢壘電壓加高、耗盡層變厚，如圖（ e、 f）。因而I層電阻進一步增大，反向電流極小。隨著負偏壓的增大，耗盡層最后將擴展到整個 I層，以后便不再顯著變厚。負偏壓達到某值時出現雪崩擊穿，反向電流急劇增大。此時的負偏壓值稱為反向擊穿電壓 VB。在正偏壓之下， PIN管勢壘降低以至消失。 P+、 N+層中的載流子源源不斷地向 I層擴散，形成正向通流。空穴、電子從注入 I層到復合消失，平均有一短暫時間 ?，稱為載流子平均壽命。而在復合之前則表現為載流子的“ 動態儲存 ” 。與其他 PN結二極管相比， PIN管中的載流子壽命 ?比較長（如 20~100ns），因此，在管子正向導通期間 I層中擁有大量的載流子， I層處于低阻態。正偏壓愈大，正向電流愈大， I層乃至整個 PIN管電阻愈小。圖 213 PIN管中雜質空間電荷及電場分布 19 PIN二極管 —工作特點 ③ 直流偏壓和微波信號等同作用下的 PIN管 PIN管在正、負偏壓下的電阻變化與一般半導體 PN管沒有多大區別，也即對直流、低頻有單向導電性。顯然，在正偏壓下， PIN管對微波小信號始終導通。但是對于微波大信號，在信號負半周內由于正向偏置電流為 I層儲存了大量的載流子，而微波頻率又極高，在極其短的信號負半周內， I層中的載流子能夠立即構成幅度足夠的反向電流，所以管子仍然 “ 導通 ” ，如圖所示。圖 214 正偏壓及微波信號共同作用下的 PIN管 20 PIN二極管 —工作特點 ③ 直流偏壓和微波信號等同作用下的 PIN管設 I層中的載流子平均壽命為 ?，正向偏流為 IF，則 I層中載流子的儲存量為如 ? = 1?s， IF = 10mA，微波信號頻率 f = 2GHz，信號周期為 T，微波電流振幅 Im = 1A，則在信號負半周之內，從管子的 I層中吸出的載流子電量為（）負半周內從 I層中吸出的載流子電量僅占 I層中儲存的電荷總量中的很小一部分， I層中仍然有大量的載流子，仍呈現低阻態。因此很小的正向偏流 IF完全可以保證在微波大信號的整個周期內管子是導通的。負偏壓下 I層中電荷儲存近于零，在微波信號正半周期內注入 I層的載流子總量十分有限，遠不足以改變 I層的高阻態，故管子處于截止狀態。 PIN管對微波信號的通斷僅取決于幅度很小的偏壓的極性，與微波信號的幅度無關，這是 PIN管的一個重要特點。這就是 PIN用作微波電路開關的依據，其優點是改變 PIN管偏置電壓的極性即可控制微波電路的開關功能。 ?FIQ ?062si n 02/0 Qtd tIQ T m ??? ? ?圖 215 I層中載流子的動態儲存 21 PIN管的等效電路 PIN管的等效電路如圖（ a）。其中管芯參量為 I層電阻 Rj， I層電容Cj，串聯電阻 RS；管子封裝參量為引線電感 LS，管殼電容 CP。在零偏、負偏壓之下， I層電阻 Rj極大，因此等效電路（圖 (a)）可簡化為圖（ b）。在負偏壓變化的較大范圍內管子中勢壘區厚度基本上等于 I層厚度，因此結電容 Cj基本不變，在微波低端，頻率不十分高，等效電路又可進一步簡化為圖（ c、 d）。正偏壓之下， I層電阻 Rj很小，并聯的電容 Cj可忽略。因此等效電路可簡化為圖（ e），其中正向電阻 Rf = Rj + Rs。同樣，在微波低端，等效電路可進一步簡化為圖（ f、 g）。（ b、 c、 d）零偏壓、負偏壓之下（ e、 f、 g）正偏壓之下圖 216 PIN管的等效電路 22 PIN管作微波開關電路應用舉例圖 217是用于移動通信的智能天線，工作于，它是制作在印刷電路板上的相互垂直的兩個半波偶極子天線（ A和 B）。偶極子天線輻射場與天線軸垂直方向輻射最強，沿軸方向輻射最小。天線的 “ 智能 ” 體現在根據需要切換天線工作摸式（天線 A工作或天線 B工作），天線的切換就是用 PIN管實現的。圖 217

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