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Circuits et Systèmes de Communication Micro-ondes Circuits et Systèmes de Communication Micro-ondes
Chap.Chap.44: : Composants actifs hyperfréquencesComposants actifs hyperfréquences
Halim BoutayebHalim BoutayebPhone: (514) 875-1266
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PlanPlan
I.I. IntroductionIntroduction
II.II. DiodeDiode Schottky Schottky
III.III. DiodeDiode Varactor Varactor
IV.IV. DiodeDiode PIN PIN
V.V. Transistor BipolaireTransistor Bipolaire
VI.VI. Transistor Transistor aa effet de champs (TEC) effet de champs (TEC)
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I. IntroductionI. Introduction
Deux types d’applications des éléments actifs hyperfréquences :Deux types d’applications des éléments actifs hyperfréquences :
- Traitement du signalTraitement du signal (commutation, modulation, conversion de fréquence, (commutation, modulation, conversion de fréquence, detection): detection): Diodes pin, Schottky, varactor. Diodes pin, Schottky, varactor. Selon l’application, leur fonctionnement peut être linéaire ou non-linéaire du point Selon l’application, leur fonctionnement peut être linéaire ou non-linéaire du point de vue du signal appliqué.de vue du signal appliqué.
- Generation du signalGeneration du signal : : transistors bipolaire ou à effet de champ.transistors bipolaire ou à effet de champ.Les transistors sont surtout utilisés pour les amplificateurs, mais leurs propriétés Les transistors sont surtout utilisés pour les amplificateurs, mais leurs propriétés non-linéaires peuvent être également exploitées dans la réalisation de mélangeurs, non-linéaires peuvent être également exploitées dans la réalisation de mélangeurs, des multiplicateurs et des diviseurs de fréquences. des multiplicateurs et des diviseurs de fréquences.
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I. IntroductionI. Introduction
La conception d’un dispositif hyperfréquences fait appel aux connaissances suivantes:La conception d’un dispositif hyperfréquences fait appel aux connaissances suivantes:
- Le modèle (schéma équivalent linéaire ou non-linéaire/ paramètres S) d’un Le modèle (schéma équivalent linéaire ou non-linéaire/ paramètres S) d’un composant actifcomposant actif
- Prise en compte des limitations dans le fonctionnement du composant actif.Prise en compte des limitations dans le fonctionnement du composant actif.
- Comportement du composant actif en fonction de la températureComportement du composant actif en fonction de la température..
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I. IntroductionI. Introduction
Rappels: les semiconducteursRappels: les semiconducteurs
Les semiconducteurs sont des matériaux présentant une conductivité electrique intermédiaire entre les métaux et les isolants.
Les états des électrons d’un matériau remplissent les niveaux d’énergies de manière croissante. Dans le métal le niveau maximum d’énergie atteint à 0 K se trouve dans la bande de conduction. Dans un semi-conducteur ce niveau est dans une bande interdite mais l’application d’une énergie suffisante permet aux électrons de se déplacer vers la bande de conduction.
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I. IntroductionI. Introduction
Rappels: les semiconducteursRappels: les semiconducteurs
- Dans un semi-conducteur un courant électrique est favorisé par deux types de porteurs: les électrons (porteurs négatifs) et les trous (porteurs positifs). - Dopage N: excès d'électrons porteurs dans le semi-conducteur. - Dopage P: excès de trous (déficit d’électrons) dans le semi-conducteur.
- Jonction PN:
Jonction PN polarisée en direct
Jonction PN polarisée en inverse
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PlanPlan
I.I. IntroductionIntroduction
II.II. DiodeDiode Schottky Schottky
III.III. DiodeDiode Varactor Varactor
IV.IV. DiodeDiode PIN PIN
V.V. Transistor BipolaireTransistor Bipolaire
VI.VI. Transistor Transistor aa effet de champs (TEC) effet de champs (TEC)
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II. II. DiodeDiode Schottky Schottky
Caractéristiques courant-tension d’une diode Caractéristiques courant-tension d’une diode
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- Lorsque le semiconducteur est de type P: le substrat riche en électron libre est un métal (et non pas un semiconducteur de type N). Le substrat déficitaire en électrons est alors le semiconducteur de type P.
Principe de la diode Schottky Principe de la diode Schottky
II. II. DiodeDiode Schottky Schottky
Avantages :Avantages :
- Alors que les diodes standard ont une tension de seuil d'environ 0.6 V, les diodes Schottky ont une tension de seuil (pour une polarisation directe d'environ 1 mA) dans la gamme de 0.15V à 0.45 V.
- Grande vitesse de commutation.
- Une diode Schottky utilise une jonction métal-semiconducteur (au lieu d'une jonction PN). Le semiconducteur peut être de type N ou de type P.
Applications: mélangeurs et détecteurs
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)1( / oVVo eII
tVV cos1
...cos)2/1(cos 2
211 tVVt
VVII
ooo
tVVIt
VVI
VVII
o
o
oo
o
o 2cos4
cos4
211
21
supprimé
par filtrage
RF in
RF out DC
Principe d’un détecteur à diode
II. II. DiodeDiode Schottky Schottky
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II. II. Diode SchottkyDiode Schottky
Profils des bandes d’énergie pour la diode Schottky
MétalSemiconducteur type N
Profil des bandes d’énergie lorsque le métal est en contact avec le semiconducteur.Une “barrière” de potentiel empêche les électrons ou les trous de se déplacer du métal vers le semi-conducteurs
Le courant est crée par le déplacement des électrons du semi-conducteurs de type N vers le métal (se déplacement se fait par émission thermique). Il n’y a pas de recombinaisons de trous et donc la vitesse de commutation est plus grande que pour la diode PN.
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Built in potential
Potentiel à travers le semi-conducteur
II. II. DiodeDiode Schottky Schottky
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Polarization direct Polarization inverse
II. II. DiodeDiode Schottky Schottky
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Caracteristiques
II. II. DiodeDiode Schottky Schottky
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II. II. DiodeDiode Schottky Schottky
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I(V)
g(V)C(V)
Circuit équivalent (modèle statique)
Equation de la diode
V
Arséniure de gallium
II. II. DiodeDiode Schottky Schottky
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Cut-off ≈ 100 GHz
II. II. DiodeDiode Schottky Schottky
Agilent HSCH 9161
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PlanPlan
I.I. IntroductionIntroduction
II.II. DiodeDiode Schottky Schottky
III.III. DiodeDiode Varactor Varactor
IV.IV. DiodeDiode PIN PIN
V.V. Transistor BipolaireTransistor Bipolaire
VI.VI. Transistor Transistor aa effet de champs (TEC) effet de champs (TEC)
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III. III. Diode VaractorDiode Varactor
Varactor = Varactor = VarVariable Reiable ReactoractorAppelée aussi varicap. C’est une diode formée d’une jonction PN.Appelée aussi varicap. C’est une diode formée d’une jonction PN.
Applications :Applications :
-VCO (Oscillateurs commendes en tension)VCO (Oscillateurs commendes en tension)- AmplificateursAmplificateurs- multiplicateurs de fréquencemultiplicateurs de fréquence- déphaseursdéphaseurs
Deux profils de dopages :Deux profils de dopages :
-AbrupteAbrupte-Hyper-abrupteHyper-abrupte
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Quand une diode est polarisée en inverse, sa capacité diminue lorsque la tension inverse augmente. On a une capacité variable en fonction de la tension appliquée.
IIIIII. . DiodeDiode Varactor Varactor
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Hyperabrupte: n entre 0.5 et 2. Hyperabrupte: n entre 0.5 et 2.
Profil de densités Profil de densités des porteurs donneurs. des porteurs donneurs.
IIIIII. . DiodeDiode Varactor Varactor
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Variation de la capacite Variation de la capacite
IIIIII. . DiodeDiode Varactor Varactor
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Si n = 2 la fréquence de résonance est une fonction linéaire de VSi n = 2 la fréquence de résonance est une fonction linéaire de V
La diode varactor hyper-abrupte permet d’avoir une fréquence variant linéairement La diode varactor hyper-abrupte permet d’avoir une fréquence variant linéairement avec la tensionavec la tension
IIIIII. . DiodeDiode Varactor Varactor
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Modèle équivalent Modèle équivalent
IIIIII. . DiodeDiode Varactor Varactor
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Exemples d’applicationsExemples d’applications
VCOVCO
DéphaseurDéphaseur
Multiplicateur de fréquencesMultiplicateur de fréquences
IIIIII. . DiodeDiode Varactor Varactor
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PlanPlan
I.I. IntroductionIntroduction
II.II. DiodeDiode Schottky Schottky
III.III. DiodeDiode Varactor Varactor
IV.IV. DiodeDiode PIN PIN
V.V. Transistor BipolaireTransistor Bipolaire
VI.VI. Transistor Transistor aa effet de champs (TEC) effet de champs (TEC)
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IIVV. . DiodeDiode PINPIN
Région intrinsèque (non dopée)
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Applications :
Les diodes PIN sont utilisées pour le contrôle du niveau et de la phase des signaux hyperfréquences.
Avantages :
- Elles peuvent supporter des puissances très élevées et consomment peu de puissance de contrôle.
- Elles peuvent être commutée rapidement.
- Elles sont très fiables.
IIVV. . DiodeDiode PINPIN
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Modèle équivalent Modèle équivalent
IIVV. . DiodeDiode PINPIN
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IIVV. . DiodeDiode PINPIN
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IIVV. . DiodeDiode PINPIN
Commutateur à diode PINCommutateur à diode PIN
Le signal est transmis que dans un seul sens Le signal est transmis que dans un seul sens
La même antenne est utilisée en émission et en réceptionLa même antenne est utilisée en émission et en réception
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Atténuateurs à diodes PIN : contrôle automatique du gain. Atténuateurs à diodes PIN : contrôle automatique du gain.
IIVV. . DiodeDiode PINPIN
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PlanPlan
I.I. IntroductionIntroduction
II.II. DiodeDiode Schottky Schottky
III.III. DiodeDiode Varactor Varactor
IV.IV. DiodeDiode PIN PIN
V.V. Transistor BipolaireTransistor Bipolaire
VI.VI. Transistor Transistor aa effet de champs (TEC) effet de champs (TEC)
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IV. IV. Transistor bipolaireTransistor bipolaire
Les transistors bipolaires N.P.N. (négatif-positif-négatif) laissent circuler un courant Les transistors bipolaires N.P.N. (négatif-positif-négatif) laissent circuler un courant de la basede la base(+) vers l’émetteur (-)(+) vers l’émetteur (-). Ils. Ils sont plus rapides et ont une meilleure tenue en tension que sont plus rapides et ont une meilleure tenue en tension que leslesttransistorsransistors P.N.P. base (-) émetteur (+), mais peuvent être produits avec des P.N.P. base (-) émetteur (+), mais peuvent être produits avec des caractéristiquescaractéristiques complémentaires par les fabricants pour les applications le nécessitant. complémentaires par les fabricants pour les applications le nécessitant.
OOn injecte un courant dans l’espacen injecte un courant dans l’espace base/émetteur afin de créer un courantbase/émetteur afin de créer un courant multiplié par le multiplié par le gaingain du du transistor entretransistor entre l’émetteur et le collecteur. l’émetteur et le collecteur.
C’est un amplificateur C’est un amplificateur de courantde courant
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Applications et avantages :Applications et avantages :
-Fréquences < 8 GHz Fréquences < 8 GHz
-Gain et facteur de bruit optimum à des coût faible.Gain et facteur de bruit optimum à des coût faible.
-Reproductibilité et fiabilitéReproductibilité et fiabilité
-La maîtrise de la technologie silicium permet à cette technologie d’être plus utilise que La maîtrise de la technologie silicium permet à cette technologie d’être plus utilise que les transistors à effet de champsles transistors à effet de champs
IV. IV. Transistor bipolaireTransistor bipolaire
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Montage base commune
IC IE pour VCB compris entre 0 et la tension de claquage de la jonction collecteur base
IV. IV. Transistor bipolaireTransistor bipolaire
Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 3737
Montage emmetteur commun
IV. IV. Transistor bipolaireTransistor bipolaire
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IV. IV. Transistor bipolaireTransistor bipolaire
Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 3939
IV. IV. Transistor bipolaireTransistor bipolaire
Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 4040
IV. IV. Transistor bipolaireTransistor bipolaire
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IV. IV. Transistor bipolaireTransistor bipolaire
Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 4242
IV. IV. Transistor bipolaireTransistor bipolaire
Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 4343
IV. IV. Transistor bipolaireTransistor bipolaire
Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 4444
IV. IV. Transistor bipolaireTransistor bipolaire
Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 4545
IV. IV. Transistor bipolaireTransistor bipolaire
Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 4646
PlanPlan
I.I. IntroductionIntroduction
II.II. DiodeDiode Schottky Schottky
III.III. DiodeDiode Varactor Varactor
IV.IV. DiodeDiode PIN PIN
V.V. Transistor BipolaireTransistor Bipolaire
VI.VI. Transistor Transistor àà effet de champs (TEC) effet de champs (TEC)
Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 Janvier 2007 Circuits et systèmes de communications micro-ondes – ELE4501 4747
IV. IV. Transistor à effet de champTransistor à effet de champ
La grille (gate en anglais) estl’organe de commande.Une tension entre la grille et lasource permet de contrôler lecourant entre la source et le drain.Le courant de grille est nul (ounégligeable) en régime statique.
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IV. IV. Transistor à effet de champTransistor à effet de champ
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IV. IV. Transistor à effet de champTransistor à effet de champ
Applications et avantages :Applications et avantages :
-Peut fonctionner jusqu’à 60 GHz Peut fonctionner jusqu’à 60 GHz
-Bruit faible.Bruit faible.
-Meilleures caractéristiques de distorsion et peut délivrer plus de puissance que les Meilleures caractéristiques de distorsion et peut délivrer plus de puissance que les transistor bipolairestransistor bipolaires
![4. Physique des Ondes - cours-examens.orgcours-examens.org/.../News/D2-4-VO-[4]-Ondes-Intro.pdf · Vibrations et Ondes – V_2016 – Ch 4 : Ondes-Notions générales – JF – p](https://img.pdfslide.fr/doc/110x75/5b99783909d3f26e678c41c3/4-physique-des-ondes-cours-4-ondes-intropdf-vibrations-et-ondes-v2016.jpg)
