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一文解析限幅器的定义及其分类

加油射频工程师 来源:加油射频工程师 作者:加油射频工程师 2022-10-28 10:40 次阅读

前言

限幅器,顾名思义,就是起限幅的作用。一般用在接收机的前端,保护接收机。这样,即使接收端有大功率信号,也不会造成接收机的损坏。

但是,要注意的是,限幅器是通过反射功率来达到限幅的作用,所以使用过程中,要保证被反射的功率不会对损坏源端。

作为一个合格的限幅器,它需要满足下面特性:

(1)小信号输入时,插损小

(2)大信号输入时,插损大

(3)限幅速度快,需达到ns级

(4)大信号消失后,快速恢复到低插损

分类

限幅器有集成芯片,也可以用分立PIN管搭建。

》集成芯片

优点:

(1)使用起来简单,只要会用就行,不需知道其的具体实现方式

(2)指标性能在器件手册上已标明,性能有保证

缺点:

(1)贵

(2)体积相对较大,有的还需供电

比如说,Peregrine半导体的PE45140,响应和恢复时间为1ns等

》PIN二极管

优点:

(1) 尺寸小,无源器件

(2) 便宜

缺点:

(1) 非傻瓜式设计,需了解其实现原理

(2) 设计完成后,需仔细测试,验证其性能

PIN管限幅器

》PIN管限幅器基本电路

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(1)由PIN管和电感组成,都并联在通路上

(2)电感提供直流回路

(3)放大器的馈电电感选择原则一致,使其并联于通路时,不会影响带内性能

当PIN二极管开始限幅时,等价于传输线上有一电阻并联到地,这时输入至限幅器的功率一部分被反射回源,一部分通过被输出负载吸收,一部分被PIN管吸收。其中,被PIN管吸收的功率即是PIN管耗散的功率:

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其中,Rs为限幅状态下,PIN管的阻值。

》PIN管架构

(1) 包括三层,分别为P层,I层(本征层)和N层。

(2) P层,较薄,电阻较小,mohm级;N层,较厚,电阻较大,ohm级;I层,在P层和N层的中间,电阻与偏置电流成反比,电流越大,电阻越小;

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》PIN管工作原理

PIN管偏置为0V,小信号输入时,PIN管相当于小容值电容

射频大信号的正半周期内,微波大电流使载流子从P结和N结注入;但在负半周期内,并不是所有的载流子都退回,而是有一部分进入I区。经过几个周期后,在I区形成稳态分部,PIN管和电感之间形成直流回路,在ns级时间内,PIN管形成自偏置,阻抗降低到一个极低值。这时,PIN管对输入大信号而言,为短路状态,将大功率信号反射回源端。

当大信号消失后,PIN管本征层的载流子在ns级时间内复合,自偏置电流消失,PIN管电阻变大,允许小信号通过。

PIN限幅管一般指标

》Rs(PIN限幅管阻值)

PIN管在有正向偏置电流时的电阻值,影响隔离度以及耗散在PIN管的功率

》门限电平

(1) 插损比小信号输入时大1dB时,所对应的输入信号功率。

(2) 门限电平的大小,与PIN管本征层的厚度成正比。厚度越厚,门限电平越大。

(3) 本征层厚度为1um,对应门限电平为7~10dBm(50ohm系统);本征厚度为7~10um,对应门限电平为20~23dBm(50ohm系统)。

》少数载流子寿命(minority carrier time)

(1) 与PIN管本征层的特性有关

(2) 少子寿命短,对应限幅器恢复时间短

少数载流子寿命简称为少子寿命。在一定温度下,处于热平衡的半导体中,电子和空穴数目是一定的,这些载流子叫平衡载流子,用电能、光能或其他方法,使半导体产生除原平衡载流子之外,还产生了多余的载流子,即少子,这种现象叫注入。这些少子从注入到复合而消失经历的时间称为少子寿命。

》结电容

PIN管的结电容影响小信号输入时,限幅器的插损。

》反向击穿电压

(1) 对于射频二极管,反向击穿电压定义为,反向电流为10uA时,加在管子上的电压。

(2) 最低额定击穿电压(minimumrated breakdown voltage)一般是指能加于二极管的最大反向电压

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审核编辑:刘清

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原文标题:限幅器知多少?

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