微波电子线路大作业

微波电子线路大作业(1)：(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII2微波电子线路大作业班级:0209143一、肖特基势垒二极管利用金属与半导体接触形成肖特基势垒构成的微波二极管称为肖特基势垒二极管。这种器件对外主要呈现非线性电阻特性，是构成微波混—般地，肖特基势垒二极管的伏安特性可以表示为I=f(U)=Isexp(^；)-1]=Is[exp(crU)-1]⑴如图是肖特基势垒二极管的伏安特性曲线假定二极管两端的电压由两部分构成：直流偏压u矢和交流信号U-L(t)=uLCOSO)Lt,即U(t)=Udc+ULcosa)Lt4代入式(1),求得时变电流为t定义二极管的时变电导g(t)为根据式(1)得对式(3)进行傅里叶级数展开：交流偏压的基波电流幅度II=IL：In=2Isexp(aUdc)Ji(aUL)根据贝塞尔函数的大宗量近似式，当O(UL较大时，有IL«2Idc二极管对交流信号所呈现的电导为G=-尺2鱼LULUL56PN结的结电容(主要是势垒电容)随着外加电压的改变而改变,利用这一特性可以构成变容二极管(简称为变容管)。变容管作为非线性可变电抗器件，可以构成参量放大器、参量变频器、参量倍频器(谐波发生器)、可变衰减或调制器等。结电容可以表示为以下普遍形式：5©)=上学-式中：m称为给变容管加上直流负偏压匕「和交流信号(泵浦电压)式中:Cj(Udc)=Cj(0)Up①—4其中：Cj(UG为直流工作点匕「处的结电容；P为相对泵浦电压幅度 (简称相对泵幅)，表明泵浦激励的强度。P=1时’为满泵工作状 特殊的变容管，简称阶跃管。7利用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1)阶跃管特性：Cy(0)Cj(U)u—=C/O)=co (1—分在反偏时结电容近似不变，为一个不变的小电容C。(处于高阻状态，近似开路)。正偏时，形成了较大的扩散电容q(处于低阻状态，近似短路)。阶跃管相当于一个电容开关。2)工作原理 (1)大信号交流电压正半周加在阶跃管上时，处于正D向导通状态，阶跃管相当于一个低阻，阶跃管的端压u位于PN结接触电势将对其进行充电，由于空穴在N层的复合率比较低，因而有大量的空穴 反向电流最大值处，而且是交流电压负半周即将结束的时刻。在电流发8(3)大信号交流激励电压的下一个周期来临。上述过程重复发生，1)混频器大信号参量当混频器二极管上只加直流偏置E。和本振功率时，混频二极管呈现的电导为：式(3-7)说明当本振电压随时间作周期性变化时’瞬时电导g⑴也随时间作周期性变化，故称为时变电导；同样g⑴也可以展成傅里叶级数：Xg(t)=go+2工gncos(Wint)式中：go称为二极管的平均混频电导，gn是对应本振n次谐波的混频混频原理二极管混频器的原理等效电路如图3-3所示，在肖特基势垒二极管上加有较小的直流偏压(或零偏压)、大信号本振功率(lmW以上)及接收到的微弱信号(微瓦(uW)量级以下)。假设本振与信号分别表示为：9uL(t)=ULcos(wLt)Us(t)=UsCOS(Wst)由于Ul》Us,可以认为二极管的工作点随本振电压变化，认为接收到的信号是一个微小电压增量，因此将回路电流在各个工作点展开为泰勒级数。为了讨论方便，将Z、Z、Z短路，这时流过二极管的瞬时电流值为：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)展开式中的其他各项为二极管中的小信号成分’当Us很小时.可FEULCOSWLt管所电导g(t)。由式(3-7)~式(3-9)可知，二极管中的小信号成分近似为：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混频器电路的主要频谱如图3・4所示，并用虚线画出了混频电路五、变容管上变频器本文将采用电荷分析法来进行分析:假设二极管上的激励电荷为OMt流过二极管的电流为为求的二极管上的电压U(t),应先推导出变容管上的电荷-电压(q-根据变容管原理，利用血)=«(“)血关系求得电容上存储的电荷为血)—s吕•(“)+佈于是可得TT厂—mm於根据上式可得一般近似认为时，势垒消失，你趋于零，所以Q(H)=0R(©一特性使用方便，因此在上式中令0为正值，这并不影响q-v特对于突变结变电容,于是上式可写成令心资故得由此可画出突变结变电容的q-u特性，如图4-5中实线所示。为分析方便，图中将u的坐标零点移至0处，并令u'=^-u,故得到极管上的电压为非正弦波，如图4-5所示。图中二极管上的电压限制在匕〜0的范围内，为满激励(全激励)状态。此时取QU2,可得到最大交变电荷幅度。将这种最佳状态下的工作参数代入式q(t)=©(丄+2叫sincost+2mPsincoPt+sin%」)(4-26)2设由式(4-25)求得变容管上的电压为+4(mpinoutcos©+msm(Hilcos如一叫cos%/)同相分量，也有正交分量，而且对输出频率％电路呈现负阻及容抗，对®和®均呈现正阻及容抗，这说明有％六、阶跃恢复二极管倍频器分析阶跃管的作用是把每一个周期⑺)输入的信源能量转换为一个谐波；再利用它激励一个谐振电路，得到频率为人=刈\输入信号一=〃sin(®/+0),通过一个激励电感厶激励阶跃管.以便。假定其实条件为i—为电感中起始电流，则解方程得L项。⑵阶跃