混频二极管是一种肖特基势垒二极管,与一般二极管相比,由于利用多数载流子工作,没有少数载流子储存效应,所以具有频率高、噪声低和反向电流小等特点,主要用于混频器。
混频二极管的原理
混频二极管是一种肖特基势垒二极管,它是利用金属和N型半导体相接触所形成的金属——半导体结的原理而制成的。当金属与半导体相接触时,它们的交界面处会形成阻碍电子通过的肖特基势垒,即表面势垒。为了使半导体中的载流子容易地越过势垒进入金属,它必须采用电子逸出功(电子跑出半导体或金属表面所需的能量)比金属大得多的N型半导体。当二极管加上正向偏压时,势垒下降,多数载流子(电子)便从半导体进入金属。
混频二极管与一般二极管相比,由于利用多数载流子工作,没有少数载流子储存效应二极管混频原理,所以具有频率高、噪声低和反向电流小等特点,主要用于混频器。使用二极管混频方式时,在500~10,000Hz的频率范围内,多采用肖特基型和点接触型二极管。
混频二极管的电特性
1、正向特性 这里以日立公司的1ss86/1ss87为例说明。它们的正向特性由图1所示,当正向电流if为1ma时,1ss86的正向压降vf≤0.2v,1ss87的vf≤0.45v;当if为10ma时,1ss86的vf=0.4v,1ss87的vf=0.6v。另外,从表1中可知,国外混频二极管的正向特性越做越好,主要表现在正向特性的一致性更好,有类似于变容管的配对特性,如在if=10ma下,1ss165的vf=520mv~600mv±5mv;hsm88s/sr与hsm88as/asr的vf分别为520mv~600mv±10mv和500mv~580mv±10mv二极管混频原理,表明vf的偏差只有5mv~10mv。
2、反向特性 它们的反向特性由图2所示。混频二极管的反向漏电流较小,如在vr=2v下,1ss86的ir为20μa,1ss87的ir为1μa;在vr=4v下,1ss86的ir为70μa,1ss87的ir为4μa,表明1ss87的反向特性比1ss86好。混频器要求混频二极管的反向漏电流小,这样,混频器的噪声系数也小。
3、结电容 它们的结电容与反向电压的关系由图3所示。当vr=0v时,1ss86/1ss87的结电容c都小于0.85pf;在vr=1v时,它们的电容c都小于0.7pf。由于混频二极管的结电容较小,所以混频器的频率较高。另外,从表1可知,国外混频二极管的结电容的偏差也越来越小,如在vr=0v时,1ss88/1ss165/1ss166的电容偏差Δc均为±0.05pf;hsm88s/sr、hsm88as/asr和hsm88wa/wk的Δc均为±0.1pf。
混频二极管应用
(1)混频器
混频器一般由输入信号回路、本机振荡器、非线性器件和滤波网络等4部分组成,如图4所示。这里的非线性器件本身仅实现频率变换,本振信号由本机振荡器产生。若非线性器件既产生本振信号,又实现频率变换,则图4变为变频器。
所谓混频,是将两个不同的信号(如一个有用信号和一个本机振荡信号)加到非线性器件上,取其差频或和频。混频器可根据所用非线性器件的不同分为二极管混频器、晶体管混频器、场效应管混频器和变容管混频器等。混频器又可根据工作特点的不同,分为单管混频器、平衡混频器、环形混频器、差分对混频器和参量混频器等。
在设计混频器时应注意如下几点:
(1)要求混频放大系数越大越好。混频放大系数是指混频器的中频输出电压振幅与变频输入信号电压振幅之比,也称混频电压增益。增大混频放大系数是提高接收机灵敏度的一项有力措施。
(2)要求混频器的中频输出电路有良好的选择性,以抑制不需要的干扰频率。
(3)为了减少混频器的频率失真和非线性失真以及本振频率产生的各种混频现象,要求混频器工作在非线性特性不过于严重的区域,使之既能完成频率变换,又能少产生各种形式的干扰。
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