Werking diode
Werking en kenmerken van de variactor -diode:
De werking en kenmerken van de variactor -diode werden voor het eerst gebruikt in de vroege jaren 1950 als een eenvoudige variabele spanningscapaciteit en later voor de frequentiemodulatie van oscillatoren. Ze vertegenwoordigen daarom een zeer volwassen halfgeleidermicrogolfkunst.
Naarmate de materialen en de constructie zijn verbeterd, zijn ook de maximale bedrijfsfrequenties, totdat de vloer nu wordt bereikt wanneer de meest voorkomende toepassingen in de aanpassing zijn, in magnetronfrequentie -multiplicatoren en in zeer lage ruismicrogolfparametrische versterkers.
Bediening:
Wanneer het wordt omgekeerd, heeft bijna elke halfgeleiderdiode een junctiecapaciteit die varieert met de vertekening van de aangebrachte rug.
Als een dergelijke diode is gemaakt om passende microgolfkenmerken te hebben, wordt deze over het algemeen variactor -diode genoemd; Figuur 12-8 toont zijn essentiële kenmerken.
Naast het feit dat de variatie in capaciteit aanzienlijk moet zijn in een variactor -diode, moet deze kunnen worden gevarieerd met een microgolfsnelheid, zodat hoogfrequente verliezen laag moeten worden gehouden.
De basis manier waarop deze verliezen worden verminderd, is de vermindering van de grootte van de actieve delen van de diode zelf.
In een diffuse junctie -diode is de kruising uitgeput wanneer de tegenovergestelde bias wordt toegepast, en de diode gedraagt zich dan als een capaciteit, de junctie zelf werkt als een diëlektricum tussen de twee geleidende materialen.
De breedte van de uitputtinglaag hangt af van de toegepaste vertekening en de capaciteit is van nature omgekeerd evenredig met de breedte van deze laag; Het kan daarom worden gevarieerd met veranderingen in de bias.
Dit wordt geïllustreerd in figuur 12-8b, waarbij C0 de junctiecapaciteit vertegenwoordigt voor de spanning van de void bias. Ten slotte, zoals bij alle andere diodes, treedt de lawine voor met een zeer hoog tegenovergestelde vooringenomenheid.
Zoals waarschijnlijk destructief is, vormt het een natuurlijke limiet voor het nuttige werkbereik van de diode.
Materialen en constructie:
Diffuse mesa siliciumdioden werden oorspronkelijk gebruikt bij microgolffrequenties, maar ze zijn nu grotendeels verdrongen door een verscheidenheid aan galliumarseniure. Figuur 12-9 toont een werking en kenmerken van de variactor-diode in galliumarseniure.
GAAS heeft voordelen zoals een hogere maximale werkfrequentie (tot bijna 1000 GHz) en een betere werking bij de laagste temperaturen (ongeveer – 269 ° C, zoals in parametrische versterkertoepassingen).
De twee voordelen zijn voornamelijk te wijten aan de hogere mobiliteit van de laaddragers gepresenteerd door de Gallium Arseniure.
Kenmerken en vereisten:
Bovenal is het functioneren en de kenmerken van de variactor -diode (ongeacht hoe deze wordt gemaakt of waar het van is gemaakt) een diode, dat wil zeggen een gelijkrichter.
De diode leidt normaal in de voorrichting, maar de tegenovergestelde stroom verzadigt met relatief lage spanning (zoals getoond in figuur 12-8a) blijft dan constant, uiteindelijk snel stijgend naar het lawine-punt.
Voor variactortoepassingen ligt het interessegebied tussen het tegenovergestelde verzadigingspunt, dat de maximale junctiecapaciteit geeft, en een punt net boven de lawine, waaraan de minimale diodecapaciteit wordt verkregen.
Geleiding en lawine worden dus beschouwd als de twee voorwaarden die de omgekeerde spanningsschommeling en daarom de variatie van capaciteit beperken.
In het nuttige werkgebied gedraagt de hoogfrequente variactor -diode zich als een standaardcapaciteit met weerstand.
Bij nog hogere frequenties wordt de inductie van parasitaire lood merkbaar, evenals de vaste parasitaire capaciteit tussen de kathode en de anodeverbindingen. Het circuitdiagram equivalent aan figuur 12-10 is vervolgens van toepassing.
Voor een typische siliciumvariactor, C0 = 25 pf, cmin = 5 pf, rb = 1,3 Ω, CS = 1,4 pf en LS = 0,013 μh.
Om te worden aangepast aan de parametrische versterkerservice, moet een variactor -diode een significante variatie in capaciteit hebben, een kleine waarde van de minimale junctiecapaciteit en de laagst mogelijke waarde van weerstand in RB -serie (om een lage ruis te geven).
Voor de harmonische generatie zijn bijna dezelfde vereisten van toepassing (hoewel de lage waarde van de RB iets minder belangrijk is), maar nu is de capaciteit voor het omgaan met kracht van groter belang.
Basisweerstand en minimale junctiecapaciteit zijn grotendeels gekoppeld aan elkaar, zodat deze twee vereisten alleen kunnen worden voldaan. De resistieve cut -off frequentie wordt vaak gebruikt als een figuur van verdienste; het wordt gegeven door
De waarden van FC veel meer dan 1000 GHz zijn verkrijgbaar bij de variëteit van Gallium Arseniure. Dit betekent echter niet dat variactoren op zulke hoge frequenties kunnen werken. De FC wordt gemeten op een relatief lage frequentie (bijvoorbeeld 50 of 500 MHz).
Het is een verdienste figuur, een praktisch middel om de weerstand van de basis en de minimale junctiecapaciteit te verbinden. Werking bij frequenties ver boven de FC / 10 wordt niet aanbevolen, omdat er bij dergelijke frequenties een geleidelijke toename is in weerstand tegen de basis, deels door het effect van de huid.
Bijgevolg neemt de diode Q af en het resultaat is een toename van de ruis van parametrische versterkers of verhoogde dissipatie (verlaagde efficiëntie) in frequentiemultiplicatoren.
Frequentie vermenigvuldigingsmechanisme:
Het werd eerder aangetoond dan de uitgangsstroom als gevolg van de toepassing van een Ca -spanning op een niet -lineaire weerstand is niet alleen evenredig met deze spanning.
In feite bestaan er niet-lineariteitscoëfficiënten en de uitgangsstroom hangt daarom gedeeltelijk af van het vierkant, de kubus en de hogere bevoegdheden van de ingangsspanning.
Hij liet zien dat, als het termijnvierkant in aanmerking wordt genomen, de uitgangsspanning de tweede harmonische van de ingangsstroom bevat.
Als hogere niet-lineariteitsvoorwaarden in de expansie waren opgenomen, zouden de derde harmonischen en hogere van de binnenkomst aanwezig zijn geweest bij de afgifte van een dergelijke niet-lineaire weerstand.
Helaas is dit type frequentieverminderingsproces niet erg effectief, omdat de niet-lineariteitscoëfficiënt over het algemeen niet erg belangrijk is. Bovendien, als deze impedantie een pure reactantie is, kan het frequentieverminderingsproces in theorie 100% effectief zijn.
Omdat de capaciteit van een variactor-diode varieert met de tegenovergestelde bias toegepast, werkt de diode als een niet-lineaire capaciteit (dat wil zeggen een niet-lineaire capacitieve reactantie).
De werking en kenmerken van de variactor -diode zijn daarom een zeer nuttig apparaat, vooral omdat deze op veel hogere frequenties zal werken dan de hoogste operationele frequenties van transistor -oscillatoren.