射频电路设计(第六章)
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(完整版)射频电路设计
3
目录
1、 引言 2、 传输线分析 3、 Smith圆图 4、 单端口网络和多端口网络 5、 射频滤波器设计 6、 有源射频元件 7、 有源射频电路器件模型 8、 匹配网络和偏置网络 9、 射频晶体管放大器设计 10、振荡器和混频器
4
第1章 引 言
回顾由低频到高频电路的演变过程，并从物理的角度引出 和揭示采用新技术去设计、优化此类电路的必要性。
在多数情况下导体的μr=1， 故趋肤厚度随着频率的升高迅速 降低。
2a 高电流密度 低电流密度
电流方向
Jz /Jz0
-a
ar
Jz /Jz0
δ，mm
1
0.9 0.8 0.7
σCu=64.516×106S/m Al σAl=40.0×106S/m
0.6 0.5
AuσAu=48.544×106S/m
0.4
线圈半径：r = 50mil=1.27mm(1英寸=1000㏕) 20
线圈长度：l =50mil=1.27mm 邻匝线距：d= l /N≈3.6×10-4m
105
实际电感
104
理想电感
Z ,Ω
根据空气芯螺旋管电感公式： 103
L r 20N 2 61.4nH
102
l
由1.14式，平板间距等于匝距，
• 在第5章“滤波器设计”中研究特定的阻抗对频率响应的一般 开发策略,简述以分立元件和分布元件为基础的滤波器理论。
• 第8章将深入研究“匹配网络和偏置网络”的实现。 • 第9章介绍“射频晶体管放大器设计”中有关增益、线性度、
噪声和稳定度等指标。 • 第10章讨论“振荡器和混频器”设计的基本原理。
9
1.2 量纲和单位
0.23~1GHz 130~30cm
目录
1、 引言 2、 传输线分析 3、 Smith圆图 4、 单端口网络和多端口网络 5、 射频滤波器设计 6、 有源射频元件 7、 有源射频电路器件模型 8、 匹配网络和偏置网络 9、 射频晶体管放大器设计 10、振荡器和混频器
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第1章 引 言
回顾由低频到高频电路的演变过程，并从物理的角度引出 和揭示采用新技术去设计、优化此类电路的必要性。
在多数情况下导体的μr=1， 故趋肤厚度随着频率的升高迅速 降低。
2a 高电流密度 低电流密度
电流方向
Jz /Jz0
-a
ar
Jz /Jz0
δ，mm
1
0.9 0.8 0.7
σCu=64.516×106S/m Al σAl=40.0×106S/m
0.6 0.5
AuσAu=48.544×106S/m
0.4
线圈半径：r = 50mil=1.27mm(1英寸=1000㏕) 20
线圈长度：l =50mil=1.27mm 邻匝线距：d= l /N≈3.6×10-4m
105
实际电感
104
理想电感
Z ,Ω
根据空气芯螺旋管电感公式： 103
L r 20N 2 61.4nH
102
l
由1.14式，平板间距等于匝距，
• 在第5章“滤波器设计”中研究特定的阻抗对频率响应的一般 开发策略,简述以分立元件和分布元件为基础的滤波器理论。
• 第8章将深入研究“匹配网络和偏置网络”的实现。 • 第9章介绍“射频晶体管放大器设计”中有关增益、线性度、
噪声和稳定度等指标。 • 第10章讨论“振荡器和混频器”设计的基本原理。
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1.2 量纲和单位
0.23~1GHz 130~30cm
《射频电路设计》课程教学大纲
《射频电路设计》课程教学大纲课程代码：0806608027课程名称：射频电路设计英文名称：Radio-frequency(RF) Circuit Design总学时：48 讲课学时：34 实验学时：14上机学时：课外学时：学分：3适用对象：电子信息工程专业本科四年制学生先修课程：《模拟电子技术》、《高频电子线路》一、课程性质、目的和任务本课程是电子信息工程专业的一门实用性很强的专业课。
本课程将运用大量的图解和实例，为学生讲解传输线原理、线性网络的匹配、滤波电路的设计、射频放大器等有源电路的设计，旨在使该专业的学生学习并掌握射频电路的基本概念以及射频电子线路设计原理等方面的知识。
为学生今后从事相关专业的工作，打下良好的基础。
二、教学基本要求射频电路设计内容涵盖频率为30MHz至4 GHz范围的电路设计，通过本课程的学习使学生能掌握采用分布参数等效电路进行射频电路的设计原理及方法，除了匹配及滤波等无源电路外，还要掌握线性有源网络和非线性有源网络的设计。
三、教学内容及要求1、射频电路设计基础教学内容：①射频电路的基本概念、应用领域与设计特点②波传播中的基本概念，传输线理论③二端口RF/微波网络的电路表示④基于S参数的分析方法。
教学要求：①理解射频电路和低频电路的区别②掌握基于S参数的分析方法2、无源电路设计教学内容：①Smith 圆图及其应用②匹配网络的设计③滤波电路的设计教学要求：①掌握用Smith圆图进行匹配设计的基本方法②掌握滤波电路的设计方法3、有源网络的线性和非线性设计教学内容：①有源网络中的稳定性及其分析②有源网络的噪声及其模型③放大器的增益④射频放大器的小信号设计⑤射频放大器的大信号设计⑥射频振荡器的设计⑦射频检波器和混频器的设计教学要求：①理解射频电路设计中所要考虑的三个方面：稳定性、增益、噪声②掌握射频放大器的小信号设计和大信号设计③掌握射频振荡器的设计，射频检波器和混频器的设计四、实践环节实验安排在本课程内，总计8个学时的实验：1、ADS软件的应用初步4学时2、微带滤波器的设计与仿真3学时3、阻抗匹配网络的设计与仿真3学时4、射频放大器的设计与仿真4学时五、课外习题及课程讨论为达到本课程的教学基本要求，鼓励学生结合实际电路设计多做相关课外习题，多进行电路的设计与仿真分析。
《射频通信电路》第6章 匹配和偏置电路
50.0 25.0 10.0 0.01
0.004 0.08 50.0 25.0 10.0 0.01
0.04
0.02
0.02
0.02
0.004 0.04
0.02
50.0 L
50.0 C 25.0 Zin C ZL 100
C 25.0 Zin C ZL Zin 200 L ZL 25.0 100 L 100 50.0 50.0
ZL
500.0
0.2 0.08 0.2 0.04 0.02 0.01 0.004 0.04
Z0
200 100
500.0
0.004 0.08 50.0 25.0 10.0 0.01
0.02
《射频通信电路》程知群
6.2.3 集总参数L形匹配电路
目的
从负载点出发向匹配点移动；
规则
沿着Z-Y Smith圆图中的等电阻圆或等电导圆移动； 每一次移动都对应一个电抗器件；
L=8.1nH
0.4
0.2 0.08 0.2 0.04 0.02 0.01 0.004 0.04
Z0
200 100
500.0
0.2
0.004 0.08 50.0
0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
B
Qn=2
25.0 10.0 0.01
f (GHz)
L=1.6nH
LL=1.6nH Zin=50W
《射频通信电路》程知群
6.2.3 集总参数L形匹配电路
在1GHz的频率下，设计一个两元件L 形匹配电路把负载ZL=10+j10W的负载 匹配到特征阻抗为Z0=50W的传输线。
射频微波通讯电路设计(RF-Microwave Communication Circuits Design )
ε eff = λ
(e) (o) ε eff + ε eff
2
c
=
λ0 f l= = = 4 4 ε eff 4 ε eff
求 Z0e,Z0o： c = 10−20 / 20 = 0.1 Z 0e = Z 0 Z 0e = Z 0
3.7365 + 3.2195 = 1.8636 2 3 × 1011 5.8 × 109 = 6.9387mm = 4 × 1.8636
其中 L，C，CC 計算如下
L= C= Z0 50 = = 1.372 × 10−9 H 9 2π f 0 2π × 5.8 × 10 1 1 = = 5.488 × 10−13 F 9 2π f 0 Z 0 2π × 5.8 × 10 × 50 10 10 = = 5.488 × 10−14 F 9 2π f 0 Z 0 2π × 5.8 × 10 × 50
CF 20 −20 20
CC ： Coupling Capacitance CC < 0.18 / 2πf0 CF： Coupling Factor
CC =
S-parameter analyze： The magnitude of S11，S21，S31，S41(dB)
Return Loss = -20Log(S11) =39.99 dB Coupling = -10Log(P3/P1) = 19.96 dB Isolation = -10Log(P4/P1) = 40.00 dB Directivity = -10Log(P4/P3) = Isolation – Coupling = 40 – 19.96 = 20.04 dB Insertion Loss = -10Log(1-P3/P1) = 0.0436 dB
射频电路设计课程设计
射频电路设计课程设计1. 引言射频（Radio Frequency，RF）电路设计是电子信息工程专业的重要课程，主要涉及无线电通讯、遥控、雷达、导航等领域。
本文将介绍在射频电路设计课程中，通过选取合适的RF接口、设计天线、优化电路布局等措施来完成射频电路设计的实践过程。
2. 课程设计目标通过射频电路设计课程的教学，使学生掌握以下知识和技能：•了解射频电路的基本原理和特性；•理解射频电路设计的基本流程和方法；•掌握常用的射频电路元器件和器件参数；•能够选取合适的RF接口和设计天线；•能够进行射频电路的优化和性能测试。
3. 课程设计内容3.1 接口选取在射频电路设计中，RF接口的选取非常重要。
在不同的应用场景下，应该选取不同的接口。
常用的RF接口有SMA、N、TNC、BNC等。
在选取RF接口时，还需要考虑信号频率、功率等参数。
3.2 天线设计天线是射频通信中的重要组成部分，对于无线通信的信号清晰度和传输距离起着至关重要的作用。
常用的天线有板状天线、棒状天线、贴片天线等。
在天线设计时，需考虑天线的天线增益、VSWR值、馈线长度等参数。
还需要注意天线和集成电路布局的相对位置，并进行合理的匹配设计。
3.3 电路布局电路布局对于射频电路的性能具有很大的影响，因此需要进行合理的布局设计。
电路板尺寸、阻抗匹配、引脚位置等因素都需要考虑到。
此外，还需要设计合适的敷铜、引线规划等将电路各部分有机地组装在一起。
在完成电路布局之后，还需进行信号完整性分析、噪声分析、ANE分析等，以确保电路的可靠性和稳定性。
3.4 电路测试在完成射频电路设计之后，还需进行性能测试以验证其性能是否符合要求。
常用的测试方法有噪声系数测试、增益平坦度测试、P1dB测试、IP3测试等。
测试时需使用合适的测试设备，如信号发生器、频谱分析仪、网络分析仪等，并根据需要选择合适的负载和网络校准器。
4. 结束语本文介绍了射频电路设计课程的内容和目标，以及在射频电路设计过程中需要考虑的关键因素。
射频电路设计6
| o u t | |
S 22 S D 1 S 11 S
| | S 2 2
S 12 S 21 S 1 S11 S
| 1
|ΓL|＜1 |ΓS|＜1
绝对稳定条件1
若|S11|＜1和|S22|＜1，绝对稳定条件可表述为： 1）稳定性判定圆必须完全落在单位圆|ГS|=1和|ГL|=1之外。如下图所示。
小信号放大器设计
小信号放大器的等效电路
一个典型的小信号放大器的等效电路如下图所示。用VS及ZS表示信号源，散 射参量为S的二端口网络表示微波晶体管，ZL为负载。 ГS ГL b1’ a1 b2 a2’ ZS Pinc PL [S] ZL VS ~ a1’ b1 a2 b2’ Гin Гout 为了更好分析功率关系，一般用信号波源bS及源反射系数ГS来表示信号源，它 们与VS及ZS的关系为：
先考察晶体管的输出端口，将相关参量写为复数形式
S 11 S 11 jS 11 , S 22 S 22 jR 22 , D D
R I R I R
jD , L L j L
I R
I
使|Γin|＝1的输出端口参数ΓL的取值可由
in
S11 L D 1 S 22 L
放大器输入端口功率关系
放大器输入端口的入射功率Pinc为：
Pinc＝
a1 2
2
＝
b1
'
2
2
b1’
ГS
a1 [S] b1 b2
ГL PL
a2
a2’ ZL Гout b 2’
因为b1’＝bS＋ГSa1’， a1’＝Гin b1’， 所以上式可写为： 2 Pinc＝
1 2
射频电路理论与设计
总结词：功率放大设计是射频电路设计中用于放大信号功率的关键技术。
射频电路仿真与实验
05
电路仿真软件
如Multisim、PSPICE等，用于模拟和分析射频电路的电流、电压等电气特性。
电磁场与电路联合仿真软件
如COMSOL Multiphysics等，能够实现电磁场和电路的耦合仿真，适用于复杂的多物理场问题。
定义与特点
手机、无线局域网、卫星通信等。
通信
目标探测、测距、测速等。
雷达
全球定位系统（GPS）、北斗卫星导航系统等。
导航
无线电广播、电视广播等。
广播
射频电路的应用领域
射频电路的基本组成
产生射频信号，可以是振荡器、放大器等。
用于传输射频信号，可以是同轴线、微带线等。
包括天线、滤波器、混频器、放大器等，用于处理射频信号。
电磁兼容性与干扰问题
随着设备数量的增加和通信频段的密集化，电磁兼容性和干扰问题变得更加突出，需要采取有效的措施来解决。
材料与工艺限制
在实现小型化和集成化的同时，材料和工艺的限制可能导致性能下降、可靠性问题和制造成本增加。
测量与调试的挑战
在高频和宽带条件下，测量和调试技术面临更大的挑战，需要发展新的测试设备和测试方法。
软件定义无线电（SDR）
通过软件编程来实现无线电功能，使得射频电路更加灵活和可重构，满足多样化应用需求。
5G和物联网（IoT）技术的影响
随着5G和物联网技术的快速发展，射频电路的设计将面临新的挑战和机遇，需要不断适应新技术要求。
技术挑战
高频与宽带信号处理
随着通信频段的不断提高，射频电路需要处理更高频率和更宽带宽的信号，这带来了信号失真、噪声干扰和功耗增加等技术挑战。
射频电路仿真与实验
05
电路仿真软件
如Multisim、PSPICE等，用于模拟和分析射频电路的电流、电压等电气特性。
电磁场与电路联合仿真软件
如COMSOL Multiphysics等，能够实现电磁场和电路的耦合仿真，适用于复杂的多物理场问题。
定义与特点
手机、无线局域网、卫星通信等。
通信
目标探测、测距、测速等。
雷达
全球定位系统（GPS）、北斗卫星导航系统等。
导航
无线电广播、电视广播等。
广播
射频电路的应用领域
射频电路的基本组成
产生射频信号，可以是振荡器、放大器等。
用于传输射频信号，可以是同轴线、微带线等。
包括天线、滤波器、混频器、放大器等，用于处理射频信号。
电磁兼容性与干扰问题
随着设备数量的增加和通信频段的密集化，电磁兼容性和干扰问题变得更加突出，需要采取有效的措施来解决。
材料与工艺限制
在实现小型化和集成化的同时，材料和工艺的限制可能导致性能下降、可靠性问题和制造成本增加。
测量与调试的挑战
在高频和宽带条件下，测量和调试技术面临更大的挑战，需要发展新的测试设备和测试方法。
软件定义无线电（SDR）
通过软件编程来实现无线电功能，使得射频电路更加灵活和可重构，满足多样化应用需求。
5G和物联网（IoT）技术的影响
随着5G和物联网技术的快速发展，射频电路的设计将面临新的挑战和机遇，需要不断适应新技术要求。
技术挑战
高频与宽带信号处理
随着通信频段的不断提高，射频电路需要处理更高频率和更宽带宽的信号，这带来了信号失真、噪声干扰和功耗增加等技术挑战。
第六章 定向耦合器
B3
1 2
B4 0
分之线耦合器所有端口都是匹配的，从端口1输入 的功率对等的分配给端口2和端口3，这两个输出 端口之间有90°相移，没有功率从耦合到端口4 （隔离端） 由于分支线混合网络有高度的对称性，任何端口 都可以作为输入端口，输出端口总在输入端口相 反的一侧，而隔离端是输入端口同侧的余下端口
考虑C＝-3dB时所得的定向耦合器与功率分配器的关系？
6.2 耦合微带定向耦合器
两平行微带线的长 度为四分之一波长 在辅线上耦合输出 的方向与主线上传 播的方向相反，也 称为反定向耦合器
耦合线方向性解释
磁耦合：电流i1的交 变磁场会在辅传输线 激励起相反方向传输 的电流IL
主传输线和辅传输线相互靠近， 相互间有能量耦合，有电耦合 (以耦合电容表示)，也有磁耦合 (以耦合电感表示)
第六章 定向耦合器
在射频/微波领域按一定相位和功率关系分 配功率的器件称为定向耦合器，通常具有 无耗、互易、匹配的特性 在混频器、倍频器、衰减器、移相器、功 率放大器等微波电路中应用较多。
定向耦合器的基本指标
1 工作频带 定向耦合器的功能实现主要依靠波程相位的关 系，也就跟频率有关系 2 插入损耗 主路输出端和主路输入端的功率比值，包括耦合 损耗以及导体介质的热损耗 3 耦合度 描述耦合输出端口与主路输入端的比例关系
1 S 21
1 S 31
2
2
I (dB ) 10 lg
P4 P 1
10 lg
1 S 41
2
D(dB) 10 lg
P 3 P4
I C
6.1 集总参数定向耦合器
低通式L-C
高通式L-C
集总参数定向耦合器设计公式
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环境温度对半导体的电性能 有很大影响。由功率损耗使 器件内部加热，可造成超过 100—1500c的温升。注：在
例题中忽略了带隙能随温度的变 化，这将在第7章中讨论。
6.1半导体基础
二、掺杂半导体：
通过引入杂质原子可以引发半导体的电特性作较大的改变。 这种过程称为掺杂。 1、 N型半导体：为获得N型掺杂(提供附加电子到导带)，所 引入的原子较之原来在本征半导体晶格上的原子有更多的价 电子。如：将磷(P)原子移植到si内，就在中性晶格内提供了 弱束缚电子，如右图（b)
6.1半导体基础
以电势的导数代替电场，积分得扩散阻挡层电压（称内建电势）：
其中nn和np仍分别是N型半导体和P型半导体中的电子浓度。
ห้องสมุดไป่ตู้
如果再考虑空穴电流从P型半导体到N型半导体的流动以及与之相抵消的场 感应电流中的相应部分IPF，可以得到扩散阻挡层电压： 若：P型半导体中受主浓度NA>>ni N型半导体中施主浓度ND>>ni 则n n= ND n p = ni2 /NA
总电压降为扩散电压：
6.1半导体基础
正空间电荷区在N型半导体内的延伸长度： 正空间电荷区在N型半导体内的延伸长度： 总长度： 三、结点电容：是射频器件的一个重要参量，因为 在高频运行下低电容意味着有快捷的开关速度和适应 能力。通过熟知的平扳电容器公式可找出结电容： C=εA/ds 把距离代人上式．得到电容的表达式如下
I=I0（e v/VT-1)
在负压下有一小的、与电压无关的电流 在负压下有一小的、与电压无关的电流(-Io)，而在正压下则为指数增长电流。（图示中的函数关系是理 ，而在正压下则为指数增长电流。
想化的，末考虑到击穿现象。但上式显示出了在外加交流电压下PN结的整流性质。）
耗尽层或结电容的存在要求PN二极管上加有负电压。 耗尽层或结电容的存在要求 二极管上加有负电压。（如上例题），这意味着VA<Vdiff的条件。但注意： 二极管上加有负电压
导致空间电荷区或耗尽层的总长度： 可看出：空间电荷区或是增大或是缩小取决于 的极性。 空间电荷区或是增大或是缩小取决于VA的极性 的极性。
6.1半导体基础
例题6．3 计算PN结的结电容和空间电荷区的长度 对于硅半导体的一个跳变PN结，在室温下(εr＝11．9，ni＝xl010cm-3其施主和受主浓度分 别等于NA＝l015cm-3和N0＝5xl015cm-3 。意欲找出空间电荷区dp和dn以及在零偏置电压下 的结电容。证明PN结的耗尽层电容表示成下列形式： 其中cJ0是零偏置电压下的结电容。确定cJ0 ，并描述出耗尽层电容与外电压的函数关系 (设PN结的横截面积A＝10-4CM2)。 解：把外电压VA引入到电容表达式(6.30)中．得到：
在正偏压条件下，由于储存在半导体层中的扩散电量Qd(少数载流子)的存在而出现一个附加的扩散电容；如 果VA>Vdiff ，则它占支配地位。该电量可定量给出，即电量Qd等于二极管电流I与载流子穿过二极管的
渡越时间τT的乘积： 显然 扩散电容与外电压和结温度非线性关系： 可见它与工作电压有强烈地依赖关系。 通常． 二极管的总电容 可粗略地划分成三个区域： 二极管的总电容c可粗略地划分成三个区域 通常．PN二极管的总电容 可粗略地划分成三个区域： 1．VA<0，只有耗尽层电容是重要的；C=CJ ． ，只有耗尽层电容是重要的； 2．0<VA<Vdiff，耗尽层和扩散电容相组合：C=CJ+Cd ． ，耗尽层和扩散电容相组合： 3．VA<Vdiff，只有扩散电容是重要的：C=Cd ． ，只有扩散电容是重要的：
成一个空穴和一个运动电子。
A、当不存在热能时，即温度为绝对零度(T=o K T=-273.150C) ，所 A (T=o K或T=-273.15 有电子都束缚在对应原子上，半导体不导电。 B、当温度升高时，某些电子得到足够的能量，打破共价键并穿越禁带 宽度Wg=Wc — Wv，如图b所示(在室温T＝300K，Si的带隙能为1.12ev， Ge为o.62ev，GaAs为1.42ev)。这些自由电子形成带负电的载流子，允 许电流传导。 在半导体中，用n表示传导电子的浓度。当一个电子打破共价键，留下 一个带正电的空位，后者可以被另一电子占据。这种形式的空位称为空 穴，其浓度用p表示。 在图6.1(a)中图示了平面晶体布置示意图， 在图6． (b)显示了等效能带图示，图中在价带Wv中产生一空穴，在 导带Wc中产生——电子，两个带之间的带隙能为Wg。
6.1半导体基础
例题6．2 确定PN结的扩散阻挡层电压或内建电压 对一特定的(硅)PN结，掺杂浓度给定为NA＝5xl018cm-3和N0＝5xl015scm-3，以及其本征 浓度ni＝1. 5xl010cm-3 ，求在T＝300 K下的阻挡层电压。 解：阻挡层电压直接由(6．20)式确定： 内建电势依赖于掺杂浓度和温度。 内建电势依赖于掺杂浓度和温度。 对不同半导体材料（ 对不同半导体材料（本征载流子浓度不同），即使掺杂密度是相同，其内建电压将是不 ， 其内建电压将是不 同的。要确定沿X轴上的电势分布，可应用泊松(Poisson)方程，在一维分析下写成 同的 其中：ρ(x)是电荷密度，εr是半导体的相对介电常数。 设定均匀掺杂和跳变结点近似，如图6.5b所示，而有每一材料中的电荷密度：
第六章有源射频元件
6.1半导体基础 6.2射频二极管 6.3BJT双极结晶体管 6.4射频场效应晶体管 6.5高电子迁移率晶体管
6.1半导体基础
本节以三种最为通用的半导体：锗(ce)、硅(si)和砷化镓(GaAs) 半导体为例，简明地介绍构筑半导体器件模型的基本模块，特别是PN
结的作用。 如右图(a)原理性地给出了纯硅的键价结构：每个硅原子有4个价电子与 相邻原子共享，形成4个共价键。其中有一价键热分离(T>o K)，造
其中d p和dn分别是在P型半导体和N型半导体中空间电荷的延伸长度，见图6．5(a)。 对上式积分可求出半导体在空间范围—dp≤x ≤dn内的电场： 电场分布见图d
6.1半导体基础
所得到的电场分布的结果描绘在图6．5(d) 小。在推导(6．23)式时，利用了电荷抵消 规律，即要求半导体内总空间电荷为零这一 事实，对于高掺杂半导体这等效于以下条件： 为获得电压沿x铀的分布，对(6．23)式积分 如下：
由直觉看出：“额外”电子的能级比其余4个价电子的能级更接近导 带。当温度上升到高于绝对零度时．这个弱自由电子从原子中分离出， 形成自由负电荷，留下固定的磷正离子。这样，当仍保持电中性时， 该原子施舍一个电子到导带，而价带中没有产生空穴。 由于在导带中有了更多的电子，结果就导致Fermi的增高。成为N型 半导体，其中电子浓度nn和少数空穴浓度Pn有如下关系： 其中nD为施主浓度
带入得本征载流子浓度为：
6.1半导体基础
据宏观电磁理论：材料的电导率为σ＝J／E，
J是电流密度，E是外加电场. 在宏观模型(Drude模型)下，电导率可通过载流子浓度N，有关元素的荷电量q，漂移速度vd以及电场 E给出：
在半导体中，电子和空穴两者都对材料的电导率有作用。在低电场下载流子的漂移速度 正比于外加电场强度，其比例常数称为迁移率ｄ。则： 其中 n和 p分别为电子和空穴的迁移率。 对于本征半导体，由于有n＝p=ni，则：
令：
计算得：CJ0 =10.68PF
当外加电压接近内建(阻挡层)电势时．结电容趋于无限大。然而在实际上此时开始达到饱和，这将在后面介绍
6.1半导体基础
四、肖特基二极管方程： 对流过二极管的电流．列出肖特基二极管方程(在附录F中有推导)： 其中Io是反向饱和电流或漏电流。 是反向饱和电流或漏电流。 是反向饱和电流或漏电流 通常称这电流一电压特性曲线为I-V曲线,如图6.8所示。 该曲线表明：
射频电路设计
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目
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章
录
引言 传输线分析 Smith圆图 单端口网络和多端口网络 有源射频器件模型 匹配网络和偏置网络 射频仿真软件ADS概况 射频放大器设计 射频滤波器设计 混频器和振荡器设计
如果外电压VA加到结点上：出现如图6．6所示的正 反两种情况，说明了二极管的整流器作用。
6.1半导体基础
反向馈电见图6．6(a)增加空间电荷区并阻断电流流动，只是由少数载流子 (N型半导体中的空穴和P半导体中的电子)造成的漏电流。与此相反，正向馈 电由于在N型半导体中注入额外的电子和在P型半导体中注入额外的空穴， 而使空间电荷区缩小。为表述这些情况，必须对上面给出的方程(6．27)和 方程(6．28)加以修改，用Vdiff-VA代替原式中的阻挡层电压Vdiff：
代入方程
得：
当nD>>ni
则：
6.1半导体基础
2、 P型半导体：现在考虑添加的杂质原子比构成本征半导体品格的原子有更少
价电子的情况。这种类型的元素称为受主．例如对于si晶格，硼(B)就属于这种元素。 由图(c)（上页）可看出：共价键之一出现空六。这一空穴在能带隙中引入附加能 态，其位置靠近价带。当温度从绝对零度向上升时，一些电子得到额外能量去占 据空键，但其能量不足以越过禁带。这样，杂质原子将接受附加电子，形成净负 电荷。在电子被移去的位置上将产生空穴，这些空穴可自由迁移，并对半导体中 的传导电流作出贡献。用受主原子对半导体掺杂，就产生 型半导体 用受主原子对半导体掺杂， 型半导体，它有： 用受主原子对半导体掺杂 就产生P型半导体
n和p分别表示与导带和价带相关联的能级；WF是Fermi能级，电子有50％的概率占据该能级。对本征(纯) 半导体，在室温下其费米能级非常靠近禁带的中部。
一、本征半导体： 由热激发产生的自由电子数等于空穴数，即n=p＝ni，所以电子和空穴的浓度按以下的浓度定 律表述：
ni是本征浓度，该式对掺杂半导体也适用
6.1半导体基础