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第2章 射频元器件及电路模型 本章目录 第一节 无源集总元件 第二节 射频二极管 第三节 双极型晶体管 第四节 场效应晶体管 第五节 双极型器件和场效应器件的比较 知识结构 §2.1 无源集总元件 §2.1 无源集总元件 2、HMIC中的电阻器 混合集成电路中，常见的电阻器有线绕电阻、碳质电阻、 金属膜电阻和薄膜片状电阻等类型。其中，由于薄膜片状电 阻具有体积小、可以作为贴片器件等优点，使得它广泛应用 于现今的RF和MW电路中。 §2.1 无源集总元件 2.1.2 电容器 电容器是射频/微波电路设计必备的元器件，广泛应用于 隔直、匹配、耦合、旁路、滤波、调谐等电路。 1、MMIC中的电容器 （1） 金属-绝缘层-金属（MIM)电容器 通常在两个金属板间填充一层电介质材料夹层便可形成 金属-绝缘层-金属电容器。 §2.1 无源集总元件 （2）交指型电容器 交指型电容器由一组平行的交错排列的薄导带构成。交 指型电容器的电容量随着交指长度呈近似线性关系。其结构 如下图所示： §2.1 无源集总元件 2、HMIC中的电容器 在混合集成电路中，片状电容得到了广泛的应用。陶瓷 电容是一种常见的贴片电容器，它由其间交叠着的若干金属 电极矩形陶瓷介质和金属接触片组成，其结构如下图所示： §2.1 无源集总元件 2.1.3 电感器 电感器在射频/微波电路设计中常用于偏置、反馈和匹配 等电路，是一种重要的元器件。 1、MMIC中的电感器 在单片微波集成电路中，最常见的是螺旋电感器，它具 有结构紧凑、面积相对较小、电感量较大、自谐振频率高、 品质因素高等特点。 §2.1 无源集总元件 2、HMIC中的电感器 在混合集成电路设计中，电感器常用于晶体管的偏置电 路。最常用的电感器是用漆包线在圆柱体上绕制而成。考虑 线绕电感器的寄生参数效应，线圈的导线不是理想的，需要 考虑其损耗，并且相邻绕线间存在的分离移动电荷会产生寄 生电容效应。 §2.1 无源集总元件 2.1.4 无源元件的射频特性 电阻、电容和电感是最为常见的三种无源元件，广泛应 用于射频/微波电路设计中。在频率较低的情况下，这些元 件可近似为理想元件，而在射频/微波频段，必须考虑这些 元件的寄生参数效应。 §2.1 无源集总元件 §2.2 射频二极管 2.2.1 肖特基二极管 肖特基二极管是以贵金属为正极，以N型半导体为负极， 利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属- 半导体器件。 §2.2 射频二极管 §2.2 射频二极管 2.2.2 PIN二极管 PIN二极管的I-V特性的数学表达与电流的大小和方向有 关。对轻掺杂N型本征层在PIN二极管两端的电压为正向电压 时，流过PIN二极管的电流为： §2.2 射频二极管 PIN二极管在衰减器电路中既用于串联又用于并联的情况 PIN二极管工作时需DC回路提供偏置电压，而DC回路必须与 射频信号通路分开，因此可用一射频线圈RFC，RFC在DC电路 中短路而在高频下开路。与此相反，电容在DC电路中开路而 在高频下短路。 §2.2 射频二极管 2.2.3 变容二极管 变容二极管是利用PN结电容与其反向偏置电压依赖关系 及原理制成的二极管。它是一种非线性元件，它通常用做可 变电抗电路元件，主要产生三种基本不同的电路功能：谐波 产生、微波信号调谐和调制、参量放大和上变频。 §2.2 射频二极管 2.2.4 IMPATT二极管 IMPATT是仅有的实用固态器件，其典型的工作频率为 10-300GHz，且具有比较高的功率，其效率可达15%。 §2.2 射频二极管 2.2.5 耿氏二极管 耿氏二极管广泛用于低成本的电路中，这种二极管具有 转移电子效应。耿氏二极管能产生几百毫瓦的连续波功率， 频率从1GHz到100GHz,效率从5%到15%。 2.2.6 其他二极管 （1）TRAPATT二极管中位于能带隙内的能级具有俘获电子的 能力，利用这种势阱可获得更高的效率，直到75%。 （2）BARRITT二极管主要应用在雷达的混频器和检波电路中 。它本质上是一个渡越二极管，其二极管的效率较低，只有 5%或更小。 §2.3 双极型晶体管 2.3.1 双极型晶体管工作特性 双极型晶体管是一个具有基极、发射极和集电极三端钮 的器件，其结构如下图所示。其中的基极、发射极和集电极 区域构成一个NPN（或者PNP）半导体，器件含有两个背靠背 的PN结。 §2.3 双极型晶体管 1、直流工作特性 在直流偏压条件下，双极型晶体管可用作放大器。根据 需要的不同，可对双极型晶体管进行不同的配置。 §2.3 双极型晶体管 要获得高的电流