微波电子线路第二章(中)ppt课件.ppt

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1、1肖特基势垒二极管点接触二极管点接触二极管和和肖特基表面势垒二极管（简称肖特基势垒二极管）肖特基表面势垒二极管（简称肖特基势垒二极管） 后者性能优于前者，原因是：后者性能优于前者，原因是： 点接触管表面不易清洁，针点压力会造成半导体表面畸变，点接触管表面不易清洁，针点压力会造成半导体表面畸变， 因而其接触势垒不是理想的肖特基势垒，受到机械震动时还因而其接触势垒不是理想的肖特基势垒，受到机械震动时还 会产生颤抖噪声。但面结合型管子金半接触界面比较平整，会产生颤抖噪声。但面结合型管子金半接触界面比较平整， 不暴露而较易清洁，其接触势垒几乎是理想的肖特基势垒。不暴露而较易清洁，其接触势垒几乎是理想的

2、肖特基势垒。 不同的点接触管子生产时压接压力不同，使肖特基结的直径不同的点接触管子生产时压接压力不同，使肖特基结的直径 不同，因此性能一致性差，可靠性也差。但面结合型管子由不同，因此性能一致性差，可靠性也差。但面结合型管子由 于采用平面工艺，因此管子性能稳定、一致性好、不易损坏。于采用平面工艺，因此管子性能稳定、一致性好、不易损坏。 点接触型和面结合型二极管的典型封装结构可采用炮弹式、同轴式、微带式等。肖特基势垒二极管还有其它一些变形：如将点接触和平面工艺优点结合起来的触须式肖特基势垒二极管，取消管壳、靠加厚的引线来支撑的梁式引线肖特基势垒二极管等。 2肖特基势垒二极管2.2.2 等效电路等效

3、电路 称为二极管的非线性结电阻，是阻称为二极管的非线性结电阻，是阻性二极管的核心等效元件。性二极管的核心等效元件。 随着加于二随着加于二极管上的偏压改变，正向时约为几个欧姆，极管上的偏压改变，正向时约为几个欧姆，反向时可达兆欧量级。反向时可达兆欧量级。 肖特基势垒二极管等效电路肖特基势垒二极管等效电路sLjRjCsRpCjRjR 称为二极管的非线性结电容，由于称为二极管的非线性结电容，由于金半结管子不存在扩散电容，故这一电容金半结管子不存在扩散电容，故这一电容就是金半结的势垒电容，其数值在百分之就是金半结的势垒电容，其数值在百分之几到一个皮法（几到一个皮法（pFpF）之间。）之间。 jC 称为

4、半导体的体电阻，又叫串联电阻。称为半导体的体电阻，又叫串联电阻。点接触型管子的值约在十到几十欧姆，而点接触型管子的值约在十到几十欧姆，而面结合型管子的值约为几欧姆。面结合型管子的值约为几欧姆。 sR 引线电感，约为一至几个纳亨引线电感，约为一至几个纳亨 。sL 管壳电容，约为几分之一皮法管壳电容，约为几分之一皮法 。pC肖特基二极管电路符号肖特基二极管电路符号3肖特基势垒二极管2.2.3 伏安特性伏安特性 当势垒是理想的肖特基势垒时，当势垒是理想的肖特基势垒时， ，当势垒不理想时，当势垒不理想时， 。对点。对点接触型管子来说，通常接触型管子来说，通常 ，而面结合型管子，而面结合型管子 。 1e

5、xpkTqVIVfIsn1n1n4 . 1n1 . 105. 1nnkTq1n1expVIIs肖特基势垒二极管电压电流特性肖特基势垒二极管电压电流特性0IV4肖特基势垒二极管 二极管两端的外加偏压由两部分构成：直流偏压和交流时变偏压二极管两端的外加偏压由两部分构成：直流偏压和交流时变偏压（可称为本振电压）（可称为本振电压）, ,为：为： tVVtvLLdccos 1cosexptVVIvftiLLdcs肖特基势垒二极管时变电流波形肖特基势垒二极管时变电流波形00IVdcV tvt tit5肖特基势垒二极管定义二极管的时变电导为定义二极管的时变电导为: : tVVfvfdvditgLLdctVV

6、vLLdccoscos 1cosexptVVItiItitgLLdcss肖特基势垒二极管时变电导波形肖特基势垒二极管时变电导波形00gdcVV tvt tgt 表明当交流偏压随时间作表明当交流偏压随时间作周期性变化时，瞬时电导也随周期性变化时，瞬时电导也随时间作周期性变化。时间作周期性变化。 6肖特基势垒二极管 1cosexptVVIvftiLLdcs sLLLLLdcsnLndcItVJtVJVJVIntnIIti2cos2cos2expcos22101直流分量和相应于交流偏压的各次谐波电流振幅系数为：直流分量和相应于交流偏压的各次谐波电流振幅系数为：LdcsdcVJVII0expLndcs

7、nVJVIIexp交流偏压激励的基波电流振幅交流偏压激励的基波电流振幅 为：为：LII 1 LdcsLVJVII1exp2根据贝塞尔函数的大宗量近似式，当根据贝塞尔函数的大宗量近似式，当 较大时可求得较大时可求得: : LVLLdcsdcVVVII2expdcLII27肖特基势垒二极管交流偏压功率为交流偏压功率为 : : LdcLLLVIVIP21二极管对交流偏压源所呈现的电导为：二极管对交流偏压源所呈现的电导为： LdcLLLVIVIG22.2.4 特性参量特性参量 截止频率截止频率cf 当外加电压角频率为当外加电压角频率为 ，使得，使得 时，时，高频信号在高频信号在 上的损耗为上的损耗为3

8、dB3dB，二极管已经不能良，二极管已经不能良好工作。定义这时对应的外加信号频率好工作。定义这时对应的外加信号频率 为肖特为肖特基势垒二极管的截止频率：基势垒二极管的截止频率： cjcsCR1sRcf0212jsccCRf8肖特基势垒二极管 噪声比噪声比 噪声比定义为二极管的噪声功率与相噪声比定义为二极管的噪声功率与相同电阻热噪声功率的比值。同电阻热噪声功率的比值。 dt肖特基势垒二极管肖特基势垒二极管噪声等效电路噪声等效电路2nidg噪声来源噪声来源 载流子的散粒噪声载流子的散粒噪声 串联电阻的热噪声串联电阻的热噪声 取决于表面情况的闪烁噪声取决于表面情况的闪烁噪声 噪声发生器的均方值为噪声

9、发生器的均方值为: : qIBin22噪声发生器内导为二极管小信号电导：噪声发生器内导为二极管小信号电导： sjdIInkTqRdVdIg1nkTqIgd9散粒噪声的资用功率为：散粒噪声的资用功率为： kTBngiNdna242等效电阻在室温下的热噪声资用功率为等效电阻在室温下的热噪声资用功率为 ，因此二极管的噪声比为：，因此二极管的噪声比为： BkT0002 TTnBkTNtad当二极管温度当二极管温度 时：时： 0TT 2ntd 由于对于理想肖特基势垒由于对于理想肖特基势垒 ，则，则 。考虑到其它各种因素，。考虑到其它各种因素，可认为可认为 。实际上对于性能较好的管子。实际上对于性能较好的

10、管子 ，较差的可能达到，较差的可能达到 。 1n21dt1dt2 . 1dt2dt肖特基势垒二极管102.3.1 结构结构 由于由于PNPN结上空间电荷层的存在，将会出现结电容（主要是势结上空间电荷层的存在，将会出现结电容（主要是势垒电容），这部分结电容将随着加于垒电容），这部分结电容将随着加于PNPN结上的外电压改变，利用结上的外电压改变，利用这一特性构造了这一特性构造了变容二极管变容二极管。它可作为非线性可变电抗应用，构它可作为非线性可变电抗应用，构成参量放大器、参量变频器、参量倍频器（谐波发生器）、可变成参量放大器、参量变频器、参量倍频器（谐波发生器）、可变衰减或调制器等。衰减或调制器等

11、。 2. 3 变容二极管变容二极管 两种两种PNPN结二极管结构结二极管结构N+N+衬底衬底N N层层氧化层氧化层金属金属欧姆接触金属欧姆接触金属P P层层N+N+衬底衬底N N层层氧化层氧化层金属金属欧姆接触金属欧姆接触金属P P层层平面型结构平面型结构台式型结构台式型结构11 是外加电压的函数，在反偏压下可是外加电压的函数，在反偏压下可达兆欧量级。达兆欧量级。 变容二极管2.3.2 等效电路等效电路PN结二极管等效电路结二极管等效电路sLjRjCsRpC 在零偏压下，在零偏压下， 值约为值约为0.1-1.0pF 0.1-1.0pF 。 jR) 0(jC 引线电感，通常小于引线电感，通常小于

12、1nH1nH。sL 管壳电容，通常小于管壳电容，通常小于1pF1pF。 pC 通常为通常为1 15 5 ，也应该是外加电压，也应该是外加电压的函数，由于其值很小，可近似认为是常的函数，由于其值很小，可近似认为是常量。量。 sR变容管电路符号变容管电路符号12变容二极管2.3.3 特性特性重掺杂突变重掺杂突变P PN N结的势垒电容可表示为：结的势垒电容可表示为： 2100012tDrrrtVNqAAC可认为此电容即是结电容，对应结上的电压可认为此电容即是结电容，对应结上的电压 VVt 21212100210010 122VCVqNAVqNAVCjrDrrDrj考虑到缓变结或其它一些特殊结类型，

13、结电容值可统一表示为：考虑到缓变结或其它一些特殊结类型，结电容值可统一表示为： mjjVCVC10 m称为结电容非线性系数，它的大小取决于半称为结电容非线性系数，它的大小取决于半导体中掺杂浓度的分布状态，反映了电容随外加导体中掺杂浓度的分布状态，反映了电容随外加电压变化的快慢。电压变化的快慢。 13变容二极管对于突变对于突变PN结，结， ，电容变化较快；，电容变化较快； 21m对于线性缓变结，对于线性缓变结， 31m变容管电压电容特性变容管电压电容特性0BVVjC 0jCminC 管子一般工作于反偏状态，反偏压的绝管子一般工作于反偏状态，反偏压的绝对值越大，结电容值越小。对值越大，结电容值越小

14、。 当当 时，称为超突变结，其电容时，称为超突变结，其电容在某一反偏压范围内随电压变化很陡，一在某一反偏压范围内随电压变化很陡，一般可用于电调谐器件；般可用于电调谐器件； 65 . 0m当当 时，由于结电容与偏压平方成反比，由结电容构成的调谐时，由于结电容与偏压平方成反比，由结电容构成的调谐回路的谐振频率与偏压成线性关系，有利于压控振荡器实现线性调频。回路的谐振频率与偏压成线性关系，有利于压控振荡器实现线性调频。 2m当当 时，近似可认为时，近似可认为 ，结电容近似不变，称，结电容近似不变，称为阶跃恢复结。为阶跃恢复结。 301151m0m14变容二极管变容管的工作电压限制在变容管的工作电压限

15、制在 和和 之间，即：之间，即： BVVVB当变容管同时加上直流负偏压和交流时变偏压，即：当变容管同时加上直流负偏压和交流时变偏压，即： tVVtvPPdccos tVtvPPPcos为泵浦电压为泵浦电压 mPdcjmPPdcjjtpVCtVVCtCcos1cos10 mdcjdcjVCVC10dcPVVp 时的工作状态称之为满泵工作状态或满泵激励状态，时的工作状态称之为满泵工作状态或满泵激励状态， 称为欠泵工作状态会欠泵激励状态，称为欠泵工作状态会欠泵激励状态， 称为过泵工作状态或过泵激励状态。称为过泵工作状态或过泵激励状态。 1p1p1p15变容二极管时变电容随泵浦电压周期变化波形时变电容

16、随泵浦电压周期变化波形00 tCjtjCVdcVBV tvt是周期为泵频是周期为泵频 的周期函数的周期函数, ,可以用傅立叶级数展开为：可以用傅立叶级数展开为： P ntjncnntjnnjPPeCeCtC0 tdetCCPtjnjnP21*nnCC0CCncndcjVCC 016变容二极管1C称为基波电容，它是基波幅度的一半称为基波电容，它是基波幅度的一半; ; cn称为称为n n次谐波电容调制系数、参量激励系数或泵浦系数，是表示变次谐波电容调制系数、参量激励系数或泵浦系数，是表示变容管在交流激励下非线性特性的一个重要参量。容管在交流激励下非线性特性的一个重要参量。 mdcjjxVCtC 1

17、求得求得 和和 0Ccn 曲线曲线0 01.61.61.01.01.01.0突变结突变结线性结线性结 曲线曲线0 00.50.50 01.01.0突变结突变结线性结线性结dcjVCC0011CCcpppVCCdcj0pCCc01117变容二极管分析变容管特性时，有时也使用分析变容管特性时，有时也使用“倒电容倒电容” ” 来表征特性：来表征特性： tSj mPdcjjjtpVStCtScos11dcjdcjVCVS1静态工作点倒电容：静态工作点倒电容： ntjnsnntjnnjPPeSeStS0 dcjVCC 00011CVCVSSdcjdcj0SSnsn101011scSSCC18变容二极管2

18、.3.4 特性参量特性参量 表征变容管特性的特性参量除了前面已经介绍过的相对泵幅、表征变容管特性的特性参量除了前面已经介绍过的相对泵幅、电容（电弹）调制系数等以外，还有静态品质因数和截止频率，以电容（电弹）调制系数等以外，还有静态品质因数和截止频率，以及动态品质因数和截止频率。及动态品质因数和截止频率。 静态品质因素静态品质因素dcVQsdcjsdcjdcRVfCRVCVQ211 它表征变容管储存交流能量与消耗能量之比，越高说明管子损它表征变容管储存交流能量与消耗能量之比，越高说明管子损耗越小。当偏压一定时，结电容值一定，工作频率越高，就越低。耗越小。当偏压一定时，结电容值一定，工作频率越高，

19、就越低。 19变容二极管 静态截止频率静态截止频率定义当频率升高使得定义当频率升高使得 的频率为变容管在直流偏压的频率为变容管在直流偏压 下的下的截止频率截止频率 dccVf1dcVQdcVdccVfsdcjdccRVCVf21 上述两个参量是当变容管仅有直流偏压作用时性能的表征，故上述两个参量是当变容管仅有直流偏压作用时性能的表征，故称为静态参量。由于结电容是偏压的函数，因此一般以零偏压时的称为静态参量。由于结电容是偏压的函数，因此一般以零偏压时的 及及 作为比较管子的参数指标。另外一般规定在反向击穿电作为比较管子的参数指标。另外一般规定在反向击穿电压时的截止频率为额定截止频率：压时的截止频

20、率为额定截止频率： 0Q 0cfsBcRCVfmin2120 动态品质因数动态品质因数 下面两个参量是在直流偏压和交流泵浦共同作用下变容管特性下面两个参量是在直流偏压和交流泵浦共同作用下变容管特性的表征，称为动态参量。的表征，称为动态参量。 变容二极管 动态截止频率动态截止频率 和和 是在直流偏压和交流泵浦共同作用下变容管电容的最是在直流偏压和交流泵浦共同作用下变容管电容的最小和最大值。小和最大值。 minCmaxCdccscVfCCRfmaxmin1121dcssVQRCCSRSQ001121 阶跃恢复二极管，简称为阶跃管（阶跃恢复二极管，简称为阶跃管（SRDSRD）。利用阶跃管由导）。利用

21、阶跃管由导通恢复到截止的电流突变可以构成窄脉冲输出，也可以利用其丰通恢复到截止的电流突变可以构成窄脉冲输出，也可以利用其丰富谐波作为梳状频谱发生器或高次倍频器。富谐波作为梳状频谱发生器或高次倍频器。 本节将介绍阶跃恢复二极管的结构、工作原理及特性参量和本节将介绍阶跃恢复二极管的结构、工作原理及特性参量和等效电路。等效电路。 2. 4 阶跃恢复阶跃恢复二极管二极管 2.4.1 结构结构阶跃管管芯结构与掺杂浓度分布阶跃管管芯结构与掺杂浓度分布N+层N层（I层）金属欧姆接触金属P+层氧化层P+ N N+101910151019222.4.2 工作原理及特性参量工作原理及特性参量 阶跃恢复二极管1.

22、1. 阶跃管特性阶跃管特性 301151m0m 00010 CCVCVCjjj阶跃管电压电容特性阶跃管电压电容特性0jCV0CdC 结电容在反偏时近似不变，这种结电容在反偏时近似不变，这种PNPN结结称为阶跃恢复结，阶跃管正是利用了阶跃称为阶跃恢复结，阶跃管正是利用了阶跃恢复结的特征，使得阶跃管在反偏时近似恢复结的特征，使得阶跃管在反偏时近似为一个不变的小电容（处于高阻状态，近为一个不变的小电容（处于高阻状态，近似开路）。似开路）。 当其处在正偏时，当其处在正偏时，P P区扩散到区扩散到N N层的层的空穴由于空穴由于N N层的掺杂浓度低而复合率低，层的掺杂浓度低而复合率低，NNNN+ +结由于

23、浓度不同形成的内建电场由结由于浓度不同形成的内建电场由N N+ +指向指向N N方向，阻止空穴向方向，阻止空穴向N N+ +层扩散，因而层扩散，因而在在N N层中储存了大量的电荷，形成了较大层中储存了大量的电荷，形成了较大的扩散电容（处于低阻状态，近似短路）。的扩散电容（处于低阻状态，近似短路）。 相当于一个电容开关，也被称相当于一个电容开关，也被称为电荷储存二极管。为电荷储存二极管。23阶跃恢复二极管2. 2. 工作原理工作原理 在大信号交流电压激励下，正是由于阶跃管在正偏下有大量的电在大信号交流电压激励下，正是由于阶跃管在正偏下有大量的电荷储存，使得它实际上电容的开关状态转换并不发生在外电

24、压由正半荷储存，使得它实际上电容的开关状态转换并不发生在外电压由正半周到负半周的转变时刻。周到负半周的转变时刻。 （1 1）大信号交流电压正）大信号交流电压正半周加在阶跃管上半周加在阶跃管上 （2 2）信号电压进入负半）信号电压进入负半周周 （3 3）大信号交流激励电）大信号交流激励电压的下一个周期来临后压的下一个周期来临后 正弦电压激励下阶跃管的电流、电压波形正弦电压激励下阶跃管的电流、电压波形000 tvSttt ti tvd24阶跃恢复二极管3.3.与混频、检波或高速开关二极管的对比与混频、检波或高速开关二极管的对比 对混频、检波或高速开关二极管来说，其整流特性要求注入少子的对混频、检波

25、或高速开关二极管来说，其整流特性要求注入少子的寿命要远小于信号周期。当加在二极管上的正向电压逐渐减小时，少子寿命要远小于信号周期。当加在二极管上的正向电压逐渐减小时，少子浓度将逐渐减小，注入的少子也将很快复合掉，所以当电压从正向转为浓度将逐渐减小，注入的少子也将很快复合掉，所以当电压从正向转为反向时，几乎已没有多少剩余的尚未来得及复合的存储少子，因此只形反向时，几乎已没有多少剩余的尚未来得及复合的存储少子，因此只形成很小的反向饱和电流，其开关特性转换几乎发生在偏压由正向转向反成很小的反向饱和电流，其开关特性转换几乎发生在偏压由正向转向反向的同时。向的同时。 由于采取了措施增大了阶跃管的少子寿命

26、，这时少子的复合速度跟由于采取了措施增大了阶跃管的少子寿命，这时少子的复合速度跟不上交流电压的变化，当电压从正向转为反向时，正向注入的储存电荷不上交流电压的变化，当电压从正向转为反向时，正向注入的储存电荷远未复合完，由势垒区的电场把剩余的储存少子远未复合完，由势垒区的电场把剩余的储存少子“吸出吸出”，由此形成较大，由此形成较大的反向电流，直到储存电荷基本耗尽，反向电流才陡降为反向饱和电流。的反向电流，直到储存电荷基本耗尽，反向电流才陡降为反向饱和电流。 阶跃管在交流负半周的相当一段时间内，仍然处于阶跃管在交流负半周的相当一段时间内，仍然处于“导通导通”状态，使状态，使其高频整流作用失效。管子其

27、高频整流作用失效。管子“导通导通”与与“截止截止”两种状态的转换时刻不再是两种状态的转换时刻不再是外加电压从正变负的时刻，而是在管子储存电荷基本清除完的时刻。外加电压从正变负的时刻，而是在管子储存电荷基本清除完的时刻。 25阶跃恢复二极管正弦电压激励下阶跃管与检波管的比较正弦电压激励下阶跃管与检波管的比较000阶跃管检波管 tvStt tit ti26阶跃恢复二极管4. 4. 特性参量特性参量 阶跃管的特性参量主要有少数载流子寿命阶跃管的特性参量主要有少数载流子寿命 、储存时间、储存时间 、阶跃时间阶跃时间 、反向击穿电压、截止频率、反偏结电容、品质因数、反向击穿电压、截止频率、反偏结电容、品

28、质因数和最大耗散功率等。其中对阶跃管工作有特殊意义的是少数载流子和最大耗散功率等。其中对阶跃管工作有特殊意义的是少数载流子寿命寿命 与储存时间与储存时间 和阶跃时间和阶跃时间 。 ststtttt（1 1）少数载流子寿命）少数载流子寿命 与储存时间与储存时间 st 少数载流子寿命表示少数载流子由于复合而减少到原值的少数载流子寿命表示少数载流子由于复合而减少到原值的 所需的时间。所需的时间。 e1的值越大，意味着储存电荷越多，反向电流的幅值就越大。的值越大，意味着储存电荷越多，反向电流的幅值就越大。 储存时间表示存储电荷清除过程所需的时间，即从电流由储存时间表示存储电荷清除过程所需的时间，即从电

29、流由正向跳变到反向开始，直到二极管储存电荷大部分被清除，二正向跳变到反向开始，直到二极管储存电荷大部分被清除，二极管上电压为零止的时间。显然极管上电压为零止的时间。显然 越长，越长， 越大。越大。 st27阶跃恢复二极管（2 2）阶跃时间）阶跃时间 tt 阶跃时间全称为阶跃恢复时间，表示由反向导通状态变到阶跃时间全称为阶跃恢复时间，表示由反向导通状态变到反向截止状态所需的过渡时间，工程上定义为反向电流由峰值反向截止状态所需的过渡时间，工程上定义为反向电流由峰值的的8080（或（或9090）或下降到峰值的）或下降到峰值的2020（或（或1010）所需的时间。）所需的时间。 越小，电流阶跃越陡，包

30、含的高次谐波越丰富。理想阶越小，电流阶跃越陡，包含的高次谐波越丰富。理想阶跃管的阶跃时间应有跃管的阶跃时间应有 ，但实际上只能达到几十微微秒。，但实际上只能达到几十微微秒。 0tttt 由于阶跃管采用了特殊结构，可以使大量储存电荷有效地由于阶跃管采用了特殊结构，可以使大量储存电荷有效地压缩在很薄地压缩在很薄地N N层范围内，这样即加大了少数载流子寿命，又减层范围内，这样即加大了少数载流子寿命，又减小了阶跃时间，使阶跃管工作特性良好。但很薄的小了阶跃时间，使阶跃管工作特性良好。但很薄的N N层又使阶跃层又使阶跃管的反向击穿电压降低，功率容量变小。管的反向击穿电压降低，功率容量变小。 28阶跃恢复

31、二极管2.4.3 等效电路等效电路 阶跃管等效电路阶跃管等效电路导通期间导通期间截止期间截止期间jRDCsR0CsR0C 阶跃管电路符号阶跃管电路符号29 PIN PIN二极管是一种在微波控制电路中应用非常广泛的器件，二极管是一种在微波控制电路中应用非常广泛的器件，具有体积小、重量轻、控制快、损耗小、控制功率大等优点，具有体积小、重量轻、控制快、损耗小、控制功率大等优点，适用于微波开关、限幅器、可变衰减器、移相器等电路。适用于微波开关、限幅器、可变衰减器、移相器等电路。 本节介绍本节介绍PINPIN二极管的结构、特性和工作原理。二极管的结构、特性和工作原理。 2. 5 PIN二极管二极管 2.

32、5.1 结构结构 PIN PIN二极管的结构是在重掺杂的二极管的结构是在重掺杂的P P+ +和和N N+ +区之间加入一个未掺杂区之间加入一个未掺杂的本征层的本征层I I层构成的。实际上不可能真正实现层构成的。实际上不可能真正实现I I层，只能使杂质含层，只能使杂质含量足够低。量足够低。中间层是低掺杂的中间层是低掺杂的P P型半导体，称为型半导体，称为P NP N管管中间层是低掺杂的中间层是低掺杂的N N型半导体，称为型半导体，称为P NP N管管 PINPIN管空间电荷区管空间电荷区P区区I区区N区区30PIN二极管PIN管管芯结构管管芯结构N层层I层层氧化层氧化层金属金属欧姆接触金属欧姆接

33、触金属P层层N层层I层层氧化层氧化层金属金属欧姆接触金属欧姆接触金属P层层 平面型结构平面型结构台式型结构台式型结构2.5.2 特性特性 由于扩散作用，空穴和电子分别向由于扩散作用，空穴和电子分别向I I层扩散，然后在层扩散，然后在I I层由于复层由于复合作用而消失。同时，在合作用而消失。同时，在P P层和层和N N层靠近层靠近I I层的边界，分别建立起带负层的边界，分别建立起带负电和带正电的空间电荷层电和带正电的空间电荷层( (耗尽层和接触势垒），其电场阻挡空穴和耗尽层和接触势垒），其电场阻挡空穴和电子继续向电子继续向I I层注入。因此层注入。因此I I层保持本征不导电状态，层保持本征不导电

34、状态，PINPIN管不能导通，管不能导通，处于高阻状态。处于高阻状态。 1 1直流与低频特性直流与低频特性 （1 1）零偏压下）零偏压下 31PIN二极管（2 2）PINPIN管加正向偏压管加正向偏压 外加电场方向与势垒电场方向相反，势垒高度将降低，空间电荷外加电场方向与势垒电场方向相反，势垒高度将降低，空间电荷层变薄，因而层变薄，因而P P层和层和N N层的空穴和电子将向层的空穴和电子将向I I层注入，并在层注入，并在I I层中因复合层中因复合而消失。而消失。 I I层存在大量的数量相等而符号相反的载流子，出现了层存在大量的数量相等而符号相反的载流子，出现了“等离子体等离子体状态状态”，也就

35、是导电状态，因此宏观上电流川流不息地流过，也就是导电状态，因此宏观上电流川流不息地流过PINPIN管，管，PINPIN管呈现低阻。外加电压越大，正向电流也越大，电阻是降低的。管呈现低阻。外加电压越大，正向电流也越大，电阻是降低的。 （3 3）PINPIN管加上反向偏压管加上反向偏压 外加电场方向与势垒电场方向相同，势垒升高，空间电荷层外加电场方向与势垒电场方向相同，势垒升高，空间电荷层变宽，其不导电程度比零偏压更甚。变宽，其不导电程度比零偏压更甚。 如果偏压是低频的交变电压，只要满足交变电压周期，如果偏压是低频的交变电压，只要满足交变电压周期，I I层层的导电状态完全能够跟随信号周期的变化：正

36、半周导通，负半周的导电状态完全能够跟随信号周期的变化：正半周导通，负半周截止。截止。 32PIN二极管PINPIN管与管与PNPN结二极管的特性比较：结二极管的特性比较： 在直流和低频偏压下，在直流和低频偏压下，PINPIN管同样具有整流特性，这一点与管同样具有整流特性，这一点与PNPN结结变容管相同。变容管相同。 由于在由于在P P层和层和N N层之间插入了一层未掺杂的层之间插入了一层未掺杂的I I层，其耗尽层宽度层，其耗尽层宽度加宽了，因此加宽了，因此PINPIN管具有更小的结电容，并能承受更高的反向击穿管具有更小的结电容，并能承受更高的反向击穿电压，可处理更大的功率；电压，可处理更大的功

37、率； 在反偏压达到一定程度时，在反偏压达到一定程度时，I I层完全处于耗尽状态，结电容相层完全处于耗尽状态，结电容相当于以当于以P P+ +和和N N+ +层为极板的平板电容，由于极板间距不会随反偏压层为极板的平板电容，由于极板间距不会随反偏压增大而再增大了，增大而再增大了，PINPIN管可看作是一个恒定电容器件。管可看作是一个恒定电容器件。 33PIN二极管 当一个当一个PINPIN管处在直流（或低频）电压与微波电压共同作用下管处在直流（或低频）电压与微波电压共同作用下时，其特性将发生显著的改变。由于此时微波信号周期时，其特性将发生显著的改变。由于此时微波信号周期 ，PINPIN管管I I层

38、的导电状态已经来不及跟随微波信号正负变化了。层的导电状态已经来不及跟随微波信号正负变化了。 2 2微波特性微波特性 （1 1）PINPIN管处在直流（或低频）正向偏压下管处在直流（或低频）正向偏压下 wTmAI1000CIQ700105大幅度微波信号：大幅度微波信号： AI501在微波信号正半周期间，加在在微波信号正半周期间，加在PINPIN管上的总偏压处于正向状态，管上的总偏压处于正向状态，这时这时PINPIN管是导通和低阻的，大幅度的微波电流将流过管是导通和低阻的，大幅度的微波电流将流过PINPIN管。管。 微波信号频率为微波信号频率为 ： 1000MHzfsTw910CTIQ791110

39、25. 0102150234PIN二极管当微波信号负半周来临了，由于微波信号幅度很大，这时加当微波信号负半周来临了，由于微波信号幅度很大，这时加在在PINPIN管上的总偏压处于反向状态。反向电场将从管上的总偏压处于反向状态。反向电场将从I I层中抽出注层中抽出注入的电荷。入的电荷。 CQQ7121025. 0wT01II 2020QQ I I层仍然储存有大量的注入电荷，仍然处于等离子体状态，层仍然储存有大量的注入电荷，仍然处于等离子体状态，必然呈现低阻，所以必然呈现低阻，所以PINPIN管仍然是导通的。管仍然是导通的。 （2 2）PINPIN管处在直流（或低频）反向偏压下管处在直流（或低频）反

40、向偏压下 由于由于I I层没有了直流注入的电荷，微波信号正半周注入的层没有了直流注入的电荷，微波信号正半周注入的电荷来不及形成导通，很快又全部被负半周抽出，因此不论微电荷来不及形成导通，很快又全部被负半周抽出，因此不论微波信号的正负半周加在波信号的正负半周加在PINPIN管上，管上，PINPIN管都是不能导通的，在整管都是不能导通的，在整个微波信号周期内呈现高阻状态。个微波信号周期内呈现高阻状态。 35PIN二极管 由此可见，由此可见，PINPIN管的导通仅来源于处在直流（或低频）管的导通仅来源于处在直流（或低频）正向偏压下，这时正向偏压下，这时PINPIN管类似于一个线性电阻，对于微波管类似

41、于一个线性电阻，对于微波信号正负半周都是导通的；当处在直流（或低频）反向偏信号正负半周都是导通的；当处在直流（或低频）反向偏压下，整个微波信号周期内都是不导通的。而且，直流压下，整个微波信号周期内都是不导通的。而且，直流（或低频）控制电压（电流）可以很小，但能控制很大（或低频）控制电压（电流）可以很小，但能控制很大的微波功率的通与断，这时的微波功率的通与断，这时PINPIN管广泛用于微波控制电路管广泛用于微波控制电路的重要原因之一。的重要原因之一。 结论结论36PIN二极管3 3P NP N管特性管特性 实际实际PINPIN管和反向穿通特性管和反向穿通特性P P区区 区区N N区区零偏压零偏压

42、反偏压下穿通反偏压下穿通 I 如果要如果要PNPN管在直流管在直流（或低频）反向偏压下呈（或低频）反向偏压下呈现高阻状态，则反向偏压现高阻状态，则反向偏压必须大于穿通电压，而不必须大于穿通电压，而不是理想是理想PINPIN管的仅需很小反管的仅需很小反偏压即可。偏压即可。 37PIN二极管2.5.3 等效电路等效电路 1 1正偏等效电路正偏等效电路 PINPIN管等效电路管等效电路正向偏置下正向偏置下反向未穿通时反向未穿通时反向穿通时反向穿通时jRjCsRsjfRRRiRiCjRjCsRjsRR jwC0jCsR2 2反偏等效电路反偏等效电路 38PIN二极管3 3封装等效电路封装等效电路 封装封装PINPIN管的正反向等效电路管的正反向等效电路正向正向反向反向fRpCsL0jCsLpCfR