Файл: Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет.pdf

22Б о г а ч е в В. М. и др. Расчет каскадов полупроводниковых передатчиков. Изд-во МЭИ, 1964.

23П л о н с к и й А. Ф. Стабильность частоты кварцевого ге­ нератора и влияние высших гармоник. «Известия вузов», Ра­ диоэлектроника, 1964, № 5.

24.П л о н с к и й А. Ф. К вопросу повышения температурной

автогенераторов на туннельных диодах, работающих на,после­ довательном резонансе. «Электронная техника», сер. !Х, Радио­

Диссертация на соискание ученой степени кандидата техни­

ное исследование двух кварцевых резонаторов. «Вопросы ра­

of Piesoelectric Crystals by Application of Temperature-Depen­

рации во входной и выходной цепях к. п. д. умножителя будет равен

Пмакс = 1 •

В качестве нелинейного реактивного сопротивления в умножителях частоты обычно используют нелинейную ем­ кость р-п перехода

6.2.СВОЙСТВА НЕЛИНЕЙНОЙ ЕМКОСТИ р-п ПЕРЕХОДА

При запертом р-п переходе дифференциальная емкость С0(и) = dq0/du определяется барьерной емкостью и зависит от приложенного к р-п переходу напряжения следующим образом [9]:

ности емкости закрытого р-п перехода, определяемая зако­ ном распределения концентрации примесей в р-п переходе. Наибольшее распространение получили р-п переходы с плавным и резким перепадами концентрации примесей, со­

Возможно использование также и «сверхрезких» р-п переходов с v as 1 [9, 10]. Однако разработка умножителей частоты с такими р-п переходами не вышла пока из стадий исследования [11, 12]. Некоторые исследования показывают [13], что сверхрезкие р-п переходы обладают большими ак­ тивными потерями и преобразуют меньшую мощность по сравнению с резкими и плавными р-п переходами.

Заряд, накапливаемый запертым р-п переходом, опре­ деляется в результате интегрирования (5.1):

и

q0 (и) = $ С0 (и) du = С 0 ( « o ) £ f l ± 2 ! ! ) I [ ( « + ф 0 ) 1 - v _ ф . - у ] .

(5.2)

Зависимости С0(и) и q0(u) для закрытого р-п перехода показаны на рис. 5.1 (правые ветви).

Из выражений (5.1) и (5.2) следует, что с увеличением v нелинейные свойства емкости запертого р-п перехода прояв­ ляются сильнее. Поэтому при малых амплитудах напря­ жения эффективность работы р-п перехода как нелинейной емкости с увеличением v возрастает. Диоды, выпускаемые для работы в режиме малых амплитуд напряжения по срав­ нению с напряжением смещения, имеют степень нелиней­

но

, Ломая

\\\^емкость

Рис. 5.1. Зависимость дифференциальной емкости и заряда р-п перехода от при­ ложенного к р-п переходу напряжения.

ности v больше 1/3 и называются варикапами. Свойства ва­ рикапов определяются свойствами лишь барьерной емкости запертого р-п перехода.

Варакторы в отличие от варикапов предназначены для работы при больших амплитудах, когда часть периода ко­ лебаний высокой частоты р-п переход находится в откры­ том состоянии. При отпирании р-п перехода к заряду за­ порного слоя добавляется заряд, накапливаемый в приле­ гающей к запорному слою области полупроводникового материала. В результате к барьерной емкости варактора добавляется так называемая диффузионная емкость [9], которая может превышать первую на несколько порядков (см. левые ветви на рис. 5.1).

Таким образом, в процессе отпирания и последующего закрывания варактора дифференциальная емкость р-п

перехода претерпевает существенное изменение, на фоне которого нелинейность барьерной емкости, характеризую­ щаяся величиной v, оказывается не существенной. Это оз­ начает, что снижение v не приводит к ухудшению работы варакторов, в отличие от варикапов**.

Более того, уменьшение величины v оказывается даже целесообразным, так как обусловлено возрастанием такой неравномерности распределения концентрации примесей в полупроводнике, которая ведет к появлению значитель­ ного тормозящего электрического поля вблизи р-п перехода. Тормозящее поле локализирует во время открывания варактора накапливаемый заряд в непосредственной близости от р-п перехода, не позволяя ему растекаться в периферий­ ные по отношению к р-п переходу области, и тем самым убы­ стряет процесс восстановления закрытого состояния р-п перехода. Ускорение процесса восстановления, как будет показано в дальнейшем, благоприятно с точки зрения умень­ шения потерь мощности в варакторе.

По изложенным причинам степень нелинейности емкости закрытого р-п перехода v существующих варакторов не превышает 1/3, и при проектировании новых варакторов наблюдается тенденция к снижению v до нуля путем ис­ пользования p-i-n (с узким г'-слоем) переходов или анало­ гичных им структур [14—18].

Малая нелинейность емкости запертого р-п перехода варактора позволяет приближенно представить его вольт-

— усредненная емкость запертого варактора, равная от­ ношению максимального значения заряда в варакторе

* ) Введенное здесь определение варакторов и варикапов не яв­ ляется общепризнанным. В литературе под варактором иногда подразумевается в принятом здесь определении варикап, предназ­ наченный для работы в диапазоне СВЧ. В дальнейшем будем при­ держиваться терминологии, принятой здесь, так как она отражает особенности используемых диодов, в каком бы диапазоне частот они не работали.