根據式(5)和圖2趨勢線得到的m值,得到二極管歸一化電阻和溫度的關系曲線,該曲線可以用來預計二極管在不同溫度下的電阻。如圖3。
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上述測試數據中,采用的二極管的電阻值是正向微分電阻。二極管電阻的測試有兩種方法,分別得到正向微分電阻Rf和微波串聯電阻Rs。Rf的測量對檢驗二極管金屬化工藝質量更直觀,Rs對pin管應用電路設計更方便一些。
正向微分電阻的測量是在直流偏置If=(O~100)mA下,疊加50 Hz/5 mA的交流信號,該信號提供一個較小的△I,從而獲得一個△V,則Rf=△V/△I,這種辦法模擬了微波使用狀態;微波串聯電阻Rs的測量是在直流偏置If=(10~100)mA下,通常是10、50、100 mA三種偏置狀態,采用隔離度測量法或反射系數測量法來測量計算得到Rs。
可以證明:當RjωCj《l時,二極管的電阻與頻率基本無關,Rf≈Rs。微波電路中使用的二極管的結電容不大,通常小于1 pF,在If=(10~100)mA內,Ri通常小于10 Ω,完全能夠滿足RjωCj《1。因此,上述關于Rf的研究結果同樣適用于微波串聯電阻Rs、Rf和Rs均可以用來表征微波pin二極管在微波狀態下的電阻性能,只是兩者的測試方式不同。
以Model A為例,測量正向微分電阻Rf與微波串聯電阻Rs,并進行了對比,見表4。測試使用WB-201型正向微分電阻測試儀和Agilent4287A RFLCR METER。由以下數據可以看出,當正向電流較大時,Rf≈Rs;正向電流較小時,由于正向微分電阻測試儀器內的交流小信號幅度不是很小,導致與Rs的測試誤差較大。
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2.5 應用
應用上述結果可以預計pin開關、電調衰減器等微波pin二極管電路的溫度特性。
以并聯結構微波pin二極管開關為例,研究其隔離度與溫度的變化。在負偏置情況下,pin二極管結電容基本不隨溫度變化,其對隔離度的影響可以忽略不計,隔離度隨溫度變化的主要因素是二極管的電阻。
對于并聯結構的pin二極管微波開關,其隔離度ISO可表示為
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式中:G是二極管的導納,G=1/Z;Y0=1/Z0=0.02Ω。并假定二極管的正向工作電流IF下,Rt0=1.4Ω;雙金絲并聯引線電感(L1=L2=0.15 nH),工作頻率f=3 GHz,則X=ωL=1.413Ω,如不考慮互感,貝Zf0=0.7+j1.413(Ω),Yf0=a+jb=(0.353 8一j 0.357 1)Ω。
根據表3,Cj=0.105 pF時,m=1.510;Cj=0.594 pF時,m=1.198。根據式(5)、(6),編制了簡單的計算軟件,得到這兩種不同結電容pin二極管開關隔離度的溫度特性,見圖4。
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3 結論
研究結果表明,微波pin二極管的電阻的溫度性能微觀上受載流子壽命、電子遷移率、表面狀態等諸多因素的影響,其綜合結果表現為二極管電容值對二極管的電阻的影響最大,微波pin二極管的鈍化方式和幾何結構對其電阻的溫度性能影響不大。結電容為0.1~1.0 pF的微波二極管即使鈍化方式不同,其電阻都具有正的溫度系數,溫度的升高導致二極管電阻的增加,約為線性關系。結電容越小,則m值越接近于2,電阻隨溫度的變化越小;反之,變化越大。
研究結果可以用來預計pin二極管開關的隔離度、衰減器衰減量的溫度性能,通過溫度補償設計,制作出溫度性能優良的pin二極管微波電路。