ДИОДЫ С р-п ПЕРЕХОДОМ

Принцип действия. Работа переключательного диода с р-п переходом основана на эффекте изменения импеданса р-п перехода в зависимости от напряжения смещения.

Эквивалентная схема диода с р-п переходом показана на рис. 12.1, а. При обратном смещении в диапазоне СВЧ, как правило, R J> 1/соС, в связи с чем в эквивалентной схеме можно не учитывать сопротивления R (рис. 12.1, б). При прямом смещении сопротивление р-п перехода R быстро убывает с увеличением тока смещения и при токе более 10 — 50 ма становится малым по сравнению с сопротивле­нием базы. Эквивалентная схема диода для этого случая показана на рис. 12.1, в. Следует отметить, что сопротив­ление базы может иметь разную величину при прямом (г+) и обратном (г_) смещениях, так как при прямом смещении может сказываться эффект модуляции сопротивления базы, а при обратном смещении — эффект модуляции толщины базы и эффект смыкания.

Устройство некоторых переключательных диодов осно­вано на использовании этих эффектов для получения весьма малых величин г+ и г_. В тех же диодах, в которых указан­ные эффекты малы, r_ * r+ ^ гд, где гд — дифференциаль­ное сопротивление диода при достаточно большом токе сме­щения.

Выключатель проходного типа. Рассмотрим работу пере­ключательного диода, включенного в линию передачи СВЧ, как показано на рис. 12.2. Устройство, принципиаль­ная схема которого изображена на этом рисунке, называется выключателем проходного типа, или просто выключателем

Рассмотрение данного конкретного вида схемы включения диода позволяет вывести основные соотношения, характе­ризующие работу переключательного диода и во многих других схемах.

Выключатель с диодом имеет два рабочих состояния —-состояние пропускания и состояние запирания. Потери пере­дачи П, определяемые отношением падающей мощности к прошедшей мощности, связаны с импедансом диода Z выражением

Величина П должна быть по возможности большой в состоянии запирания (потери запирания П3) и малой в состоянии пропускания (потери пропускания Яп) Эф­фективность выключателя тем выше, чем больше П3 при заданном Яп или чем меньше Яп при заданном П3.

Резонансные диоды. Как было отмечено ранее, наи­высшая эффективность достигается при наличии резонансов в обоих состояниях. В резонансных диодах для получения резонансов используются конструкционные элементы самого диода: вывод р-п перехода, неизбежно обладающий некото­рой индуктивностью, и корпус, имеющий определенную ем­кость. Величины индуктивности вывода L, емкости корпуса1 Сп и емкости р-п перехода С выбираются таким образом, чтобы в режиме прямого смещения имел место резонанс в параллельном контуре ЬСП, а в режиме обратного смещения резонанс в последовательном контуре LC.

Прямая и инверсная схема. Сконструированный таким образом резонансный диод относится к так называемой ин­версной схеме, характеризуемой тем, что прямому смещению соответствует состояние пропускания (высокий импенданс), а обратному смещению — состояние запирания (низкий импеданс)

Возможна другая схема—так называемая прямая схема когда прямому смешению соответствует состояние запира­ния, а обратному смещению—состояние пропускания. Для реализации такой схемы используются специальные элемен­ты в выключателе, например индуктивные волноводные диа­фрагмы и т. п.

Следует отметить, что на достаточно низких частотах, когда можно уже не учитывать реактивные сопротивления, создаваемые индуктивностью вывода, емкостями корпуса и диодной структуры, нет необходимости прибегать к резо­нансным системам.

Приведенные в настоящем параграфе математические соотношения относятся к инверсной схеме.