雪崩渡越時間二極管,雪崩渡越時間二極管是什么意思

雪崩渡越時間二極管,雪崩渡越時間二極管是什么意思

雪崩二極管，亦稱為“碰撞雪崩渡越時間二極管”。是一種在外加電壓作用下可以產生超高頻振蕩的半導體二極管。1958年由美國W.T.里德提出，所以又稱里德二極管。這類二極管有各種結構：里德結構(即P NIN )、肖特基結構(M-N-N )高-低-高結構(H-L-H)、雙漂移結構（DDR或P PNN ）等。所用材料主要有硅和砷化鎵。除了PN結雪崩渡越二極管外，由于其工作機理的差別，還有俘獲等離子體雪崩觸發(fā)渡越時間二極管，金屬-半導體-金屬勢壘渡越二極管，隧道雪崩渡越二極管等。雪崩二極管的工作原理是：利用p－n結的雪崩擊穿在半導體中注入載流子，這些載流子渡越過晶片流向外電路。由于這一渡越需要一定的時間，因而使電流相對于電壓出現(xiàn)一個時間延遲，適當控制渡越時間，在電流和電壓的關系上會出現(xiàn)負阻效應，因而能夠產生振蕩。

雪崩二極管具有功率大、效率高等優(yōu)點。雪崩渡越二極管及其功率源可達到極高的工作頻率，從幾百兆赫至300吉赫都可以獲得一定的微波功率。特別在毫米波波段，它是現(xiàn)代功率最大的固體器件，可連續(xù)波工作或脈沖工作，廣泛地使用于雷達、通信、遙控、遙測、儀器儀表中。其缺點是噪聲比電子轉移器件稍高。用雪崩渡越二極管制成的雪崩振蕩器和鎖定放大器用于微波通信、雷達、戰(zhàn)術導彈。

微波振蕩器是在通信、雷達、電子對抗及測試儀器等各種微波系統(tǒng)中被廣泛應用的重要部件之一。近年來，隨著微波半導體器件的迅速發(fā)展，微波固態(tài)振蕩器也得到迅速發(fā)展。

目前已有晶體管振蕩器（包括雙極晶體管振蕩器和場效應管振蕩器）、轉移電子振蕩器（體效應振蕩器）、雪崩二極管振蕩器和隧道二極管振蕩器等多種形式。其中隧道二極管振蕩器因輸出功率小、穩(wěn)定性差幾乎被淘汰。體效應振蕩器和雪崩二極管振蕩器發(fā)展極為迅速。如雪崩二極管振蕩器振蕩頻率可高達幾百吉赫以上；輸出功率最大可達幾十瓦以上；脈沖峰值功率，如限累二極管振蕩器可高達幾千瓦；微波三極管振蕩器的效率最高，可達50%。各種微波固態(tài)振蕩器各有不同的特點，可根據(jù)要求來選用。在毫米波頻段，廣泛采用雪崩管振蕩器和耿氏管振蕩器，與耿氏管相比雪崩管可獲得更大的功率和更高的效率。雪崩二極管的雪崩倍增效應和渡越時間效應使得它具有負阻特性，其小信號阻抗ZD為：

式中RD、XD為雪崩管電阻和電抗； Cd、θ為漂移區(qū)電容和渡越角； La、Ca是雪崩區(qū)電感和電容； ωa是雪崩頻率。

為了產生振蕩，二極管的小信號電阻必須為負，而且其絕對值應大于負載電阻。當工作頻率ω給定時，這一條件可以通過調節(jié)偏流密度從而改變雪崩頻率來滿足。隨著振蕩幅度I的增加，由于空間電荷對電場的影響，二極管阻抗發(fā)生變化，它是振幅和頻率的函數(shù)，但由于它通常是頻率的慢變化函數(shù)，所以在振蕩器工作頻率范圍內，可不考慮頻率的影響。當器件阻抗與電路阻抗?jié)M足以下條件，振蕩器處于穩(wěn)定振蕩狀態(tài)。

式中Z(ω)為電路阻抗； ZD(I)為雪崩管阻抗；

如果由于外界改變使振蕩器的電抗發(fā)生變化，為了滿足相位平衡，在諧振條件下，由外界因素引起的電抗的變化應該由頻率變化所產生的電抗變化來補償，假定外界的變化為Δα，則

式中R、X為電路電阻和電抗； Q為回路有載品質因數(shù)。?由此可見，回路電抗隨外界因素變化率越大，頻率穩(wěn)定度越差；回路的有載品質因數(shù)越高，則頻率穩(wěn)定度越高。一般來說，雪崩管振蕩器的缺點是頻率穩(wěn)定度較差。