Регулирующие диоды
Регулирующими называют полупроводниковые диоды, предназначенные для переключения, ограничения и модуляции сигналов СВЧ.
В ограничительных диодах используется зависимость полного сопротивления диода от мощности подводимого сигнала СВЧ.
При больших уровнях мощности полное сопротивление диода обусловлено в основном сопротивлением базы которое выполняет роль ограничителя мощности, проходящей по линии передачи.Работа переключательных и модуляционных диодов основана на изменении их полного сопротивления в зависимости от величины и полярности напряжения смещения. Их делят на резонансные и диоды p-i-n-структуры.
В резонансных диодах используется возможность получения последовательного или параллельного резонанса контура, составленного из реактивностей диода. Параметры схемы подбирают таким образом, чтобы при прямом смещении возникал резонанс параллельного контура, характеризующийся большим сопротивлением. При обратном смещении наступает резонанс последовательного контура и сопротивление диода резко падает. Такие диоды позволяют коммутировать СВЧ-сигнал мощностью до 1 кВт импульсн6ом режиме и до 10 Вт в непрерывном с временем переключения не более 20 нс. Для повышения уровня коммутирующей мощности требуется увеличивать площадь перехода, что приводит к росту его емкости. Увеличение площади перехода при незначительной емкости достигается в p-i-n-диодах. Полупроводниковая структура в этих диодах представляет собой пластинку кремния, на двух противоположных сторонах которой путем введения примесей получены полупроводники с проводимостью p- и n-типов. Она рис. 3.22, а, б показаны p-i-n-структура и распределение в ней носителей зарядов в состоянии равновесия. При включении диода в прямом направлении (рис. 3.22, в) наблюдается инжекция электронов (из полупроводника n-типа) и дырок (из полупроводника p-типа) в i-область. Увеличение концентрации носителей зарядов в i-области приводит к резкому уменьшению сопротивления структуры в целом. При обратном включении (рис. 3.22, г) диода i-область обедняется носителями заряда и сопротивление структуры резко возрастает. Мощность коммутируемого p-i-n-диодами сигнала может достигать сотен киловатт в импульсе. Однако время переключения у этих диодов больше, чем у резонансных, поскольку в основу их работы положены инерционные процессы инжекции и рассасывания носителей зарядов.
Рис. 3.22. Структура p-i-n-перехода и распределение носителей зарядов
Примером переключательных диодов являются: резонансный ГА501А, рассчитанный на коммутацию импульсной мощности 2 Вт, непрерывной — 0,8 Вт на длине волны 3 см, и с p-i-n-структурой 2А516А, позволяющий коммутировать сигналы мощностью 1 кВт в дециметровом диапазоне волн.