微波電子線路大作業(yè)(1)：(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII2微波電子線路大作業(yè)班級:0209143一、肖特基勢壘二極管利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成肖特基勢壘構(gòu)成的微波二極管稱為肖特基勢壘二極管。這種器件對外主要呈現(xiàn)非線性電阻特性，是構(gòu)成微波混—般地，肖特基勢壘二極管的伏安特性可以表示為I=f(U)=Isexp(^；)-1]=Is[exp(crU)-1]⑴如圖是肖特基勢壘二極管的伏安特性曲線假定二極管兩端的電壓由兩部分構(gòu)成：直流偏壓u矢和交流信號U-L(t)=uLCOSO)Lt,即U(t)=Udc+ULcosa)Lt4代入式(1),求得時變電流為t定義二極管的時變電導(dǎo)g(t)為根據(jù)式(1)得對式(3)進行傅里葉級數(shù)展開：交流偏壓的基波電流幅度II=IL：In=2Isexp(aUdc)Ji(aUL)根據(jù)貝塞爾函數(shù)的大宗量近似式，當O(UL較大時，有IL?2Idc二極管對交流信號所呈現(xiàn)的電導(dǎo)為G=-尺2魚LULUL56PN結(jié)的結(jié)電容(主要是勢壘電容)隨著外加電壓的改變而改變,利用這一特性可以構(gòu)成變?nèi)荻O管(簡稱為變?nèi)莨?。變?nèi)莨茏鳛榉蔷€性可變電抗器件，可以構(gòu)成參量放大器、參量變頻器、參量倍頻器(諧波發(fā)生器)、可變衰減或調(diào)制器等。結(jié)電容可以表示為以下普遍形式：5?)=上學(xué)-式中：m稱為給變?nèi)莨芗由现绷髫撈珘贺啊负徒涣餍盘?泵浦電壓)式中:Cj(Udc)=Cj(0)Up①—4其中：Cj(UG為直流工作點匕「處的結(jié)電容；P為相對泵浦電壓幅度 (簡稱相對泵幅)，表明泵浦激勵的強度。P=1時’為滿泵工作狀 特殊的變?nèi)莨埽喎Q階躍管。7利用階躍管由導(dǎo)通恢復(fù)到截止的電流突變可以構(gòu)成窄脈沖輸出，也可以1)階躍管特性：Cy(0)Cj(U)u—=C/O)=co (1—分在反偏時結(jié)電容近似不變，為一個不變的小電容C。(處于高阻狀態(tài)，近似開路)。正偏時，形成了較大的擴散電容q(處于低阻狀態(tài)，近似短路)。階躍管相當于一個電容開關(guān)。2)工作原理 (1)大信號交流電壓正半周加在階躍管上時，處于正D向?qū)顟B(tài)，階躍管相當于一個低阻，階躍管的端壓u位于PN結(jié)接觸電勢將對其進行充電，由于空穴在N層的復(fù)合率比較低，因而有大量的空穴 反向電流最大值處，而且是交流電壓負半周即將結(jié)束的時刻。在電流發(fā)8(3)大信號交流激勵電壓的下一個周期來臨。上述過程重復(fù)發(fā)生，1)混頻器大信號參量當混頻器二極管上只加直流偏置E。和本振功率時，混頻二極管呈現(xiàn)的電導(dǎo)為：式(3-7)說明當本振電壓隨時間作周期性變化時’瞬時電導(dǎo)g⑴也隨時間作周期性變化，故稱為時變電導(dǎo)；同樣g⑴也可以展成傅里葉級數(shù)：Xg(t)=go+2工gncos(Wint)式中：go稱為二極管的平均混頻電導(dǎo)，gn是對應(yīng)本振n次諧波的混頻混頻原理二極管混頻器的原理等效電路如圖3-3所示，在肖特基勢壘二極管上加有較小的直流偏壓(或零偏壓)、大信號本振功率(lmW以上)及接收到的微弱信號(微瓦(uW)量級以下)。假設(shè)本振與信號分別表示為：9uL(t)=ULcos(wLt)Us(t)=UsCOS(Wst)由于Ul》Us,可以認為二極管的工作點隨本振電壓變化，認為接收到的信號是一個微小電壓增量，因此將回路電流在各個工作點展開為泰勒級數(shù)。為了討論方便，將Z、Z、Z短路，這時流過二極管的瞬時電流值為：i=f(u)=f(E()+ULCOS(wLt)+Uscos(wst))=f(Eo+U]COS(Wit))+f'(Eo+ULCOS(WLt))UsCOS(Wst)+￡f''(Eo+ULCOS(WLt))(UsCOS(Wst))(3-9)展開式中的其他各項為二極管中的小信號成分’當Us很小時.可FEULCOSWLt管所電導(dǎo)g(t)。由式(3-7)~式(3-9)可知，二極管中的小信號成分近似為：i(t)=r(Eo+ULcos(wLt))Uscos(wst)=(go+2g]COS(W]t)+2g2COS2WLt+…)UsCOS(Wst)X=goUsCOS(Wst)+工gnUsCOS(nWL+Ws)t+gnUsCOS(n\VL-Ws)t(3-10)H-i混頻器電路的主要頻譜如圖3?4所示，并用虛線畫出了混頻電路五、變?nèi)莨苌献冾l器本文將采用電荷分析法來進行分析:假設(shè)二極管上的激勵電荷為OMt流過二極管的電流為為求的二極管上的電壓U(t),應(yīng)先推導(dǎo)出變?nèi)莨苌系碾姾?電壓(q-根據(jù)變?nèi)莨茉?，利用?=?(“)血關(guān)系求得電容上存儲的電荷為血)—s呂?(“)+佈于是可得TT廠—mm於根據(jù)上式可得一般近似認為時，勢壘消失，你趨于零，所以Q(H)=0R(?一特性使用方便，因此在上式中令0為正值，這并不影響q-v特對于突變結(jié)變電容,于是上式可寫成令心資故得由此可畫出突變結(jié)變電容的q-u特性，如圖4-5中實線所示。為分析方便，圖中將u的坐標零點移至0處，并令u'=^-u,故得到極管上的電壓為非正弦波，如圖4-5所示。圖中二極管上的電壓限制在匕?0的范圍內(nèi)，為滿激勵(全激勵)狀態(tài)。此時取QU2,可得到最大交變電荷幅度。將這種最佳狀態(tài)下的工作參數(shù)代入式q(t)=?(丄+2叫sincost+2mPsincoPt+sin%」)(4-26)2設(shè)由式(4-25)求得變?nèi)莨苌系碾妷簽?4(mpinoutcos?+msm(Hilcos如一叫cos%/)同相分量，也有正交分量，而且對輸出頻率％電路呈現(xiàn)負阻及容抗，對?和?均呈現(xiàn)正阻及容抗，這說明有％六、階躍恢復(fù)二極管倍頻器分析階躍管的作用是把每一個周期⑺)輸入的信源能量轉(zhuǎn)換為一個諧波；再利用它激勵一個諧振電路，得到頻率為人=刈\輸入信號一=〃sin(?/+0),通過一個激勵電感厶激勵階躍管.以便。假定其實條件為i—為電感中起始電流，則解方程得L項。⑵階躍