АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНОГО ИСПОЛНЕНИЯ ВАРИКАПА НА ЕГО ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ПАРАМЕТРЫ

Варикапы и варикапные матрицы помимо ёмкости характеризуются таким важным параметром как добротность. Она представляет из себя отношение реактивного (волнового) сопротивления запасающего конденсатора к полному активному сопротивлению полупроводникового прибора. Чем меньше будет активное сопротивление в сравнении с реактивным, тем выше будет добротность [1].

Рисунок 1. Эквивалентная схема варикапа

Разные конструктивные исполнения приборов имеют тенденцию вносить паразитные сопротивления при измерениях на высоких частотах, которые в свою очередь влияют на характеристики. Паразитное сопротивление возникает в следствии неидеальности свойств компонентов и соединений.

Рассмотрим два разных конструктивных исполнения корпуса варикапа: корпус с боковой молибденовой металлизацией и корпус с дополнительной металлизацией в виде стержней из того же молибдена, соединяющих три уровня керамики корпуса.

Рисунок 2. Снимки, полученные на рентгене: а – корпус с боковой металлизацией; б – корпус с дополнительной металлизацией (вид сверху); в – корпус с дополнительной металлизацией (вид сбоку)

Как видно из рисунка 2 (в) каждый уровень керамики соединён разным количеством стержней. Таким образом, на первом и втором уровнях присутствует семь и пять стержней соответственно, в то время как на третьем – два больших стержня. Диаметр стержней составляет 10 мм, больших – 13 мм. Межуровневое расстояние керамических соединений для первого, второго и третьего уровней составляют 0,22 мм, 0,2 мм, и 0,27 мм соответственно. Сам корпус состоит из траверсы, площадки под кристалл и ножек. Сопротивление каждого элемента должно быть учтено и рассчитано. Произведём расчеты корпуса с боковой металлизацией (рис.1, а).

Сопротивление площадки под кристалл:

.

Сопротивление площади под траверсу:

.

Сопротивление двух прямоугольных ножек корпуса, по которым течёт ток:

.

Сопротивление молибденовой металлизации через все три уровня керамики:

.

Также необходимо учесть сопротивление разварки омических контактов кристалла, которая выполняется в виде золотой проволоки с толщиной 40 мкм и длиной 1,38 мм с учётом скин-эффекта на частоте 50 МГц:

Полное сопротивление корпуса:

Далее представлены расчёты для корпуса с дополнительной металлизацией (рис. 1, б), так как количество стержней на каждом уровне разное (рис.1, в), как и диаметр стержней, каждый уровень керамики необходимо учесть индивидуально.

На первом уровне керамики сопротивление составило:

.

На втором уровне керамики с пятью стержнями:

.

Таким образом общее сопротивление металлизации малых стержней с диаметром 10 мм составит:

На третьем уровне керамики с двумя большими стержнями:

Полное сопротивление корпуса:

Рисунок 3. Сравнение сопротивлений корпусов при разной частоте

Проанализируем влияние сопротивлений различного корпусного исполнения диода на добротность.

Рисунок 4. Сравнение добротности

Сопротивление второго корпуса с дополнительной металлизацией оказалось меньше, а добротность, соответственно, выше. Это обусловлено дополнительной металлизацией, сопротивление которой было рассчитано как сумма параллельных сопротивлений, что ведёт к уменьшению общего значения сопротивления.