肖特基二极管整流的计算与测量

强激光与粒子束第19卷

可以通过V求得,反之也成立。此数学模型不涉及导通角的问题,二极管两端的电压表达式为:V=-V0+

θ,其中θ=ωt,与Y.Taewhan模型的一样,除此以外,不涉及其它的假设条件。整理后的数学模型为V1cos

θV=-V0+V1cos

I=Is(eVd/VTθ)-1)+ωCj(dVd/d

Rl(1)V=IRs+Vdπ2θ=-VVd0dπ20

Cj=-Vd/VB

整理后得到θ=[Is(e-V0+V1cos

π2Vd/VT-1)+VVBR0π2θ-V0(VddRl(2)

式中:n为理想因子,1;;e;VT=nkT/e;Vd为结两端电压;Is为反向饱和电流;Rs;B;Cj0为零偏置结电容。式(2)的两个方程中,V1已知,Vd,V0皆为所求。第一个方程为关于Vd的一阶微分方程,有初值条件方可求解,但只要时间足够长,系统稳定后求解与初值无关,初值的不同只关系到解收敛的快慢。假定t=0时,初值为零。如果用龙格2库塔法解此方程,应先求出V0,但是V0的求解过程又要用到Vd,这样,式(2)的两个表达式互相依赖,问题似乎得不到解决。但是从第二个方程可以看出,Vd=-V0(1+Rs/Rl)本身就满足方程,这样可以认为V0的解具有V0=-VRl/(Rl+Rs)的形式,因此可以先假设V0=-V1Rl/(Rl+Rs),然后从第一个方程中解出V

d,再从第二个方程中求解出一个新的V0,比较两个V0,如果满足所设定的精度条件,那么退出迭代过程,否则不断进行迭代,直到求出满足精度条件的解,这一点也是本文比Y.Taewhan数学模型改进的地方。负载所获得的功率

PRl=V0/Rl2(3)

损耗功率Ploss=PVd+PRs,其中PVd为肖特基结的损耗,PRs为串联电阻的损耗,波导管壁的功率损耗忽略不

计。则微波2直流电的转换效率

η=PRl/(PRl+Ploss)(4)

3　结果与分析

　　实验测量装置如图3所示,主要包括固

态微波源(或XB7标准信号发生器)、GX2B

型薄膜热电偶式小功率计、X(或S)波段的整

流管座等。实验中对多种型号的微波二极管

的伏安特性进行了测量,经过筛选,发现

2DV10B和2DV21A的特性要好,因此,整

流实验主要围绕这两种二极管进行。通过测

量数据得到,2DV10B的参数为Is≈2.7μA,

Rs≈14.4Ω,VB≈0.25V。Fig.3　Photographofexperimentalsetup

　　肖特基二极管的整流效率除了本身参数

3.1　负载一定时,整流效率与输入功率关系图3　实验测量装置的影响外,还与负载、工作频段、输入功率有着密切的联系,所以实验主要围绕这几个方面展开。

　　若负载Rl=500Ω,整流效率与输入功率的关系如图4所示。所取参数为:n=1,Cj0=0.16pF,Is=1μA,Rs=6Ω,VB=0.38V,反向击穿电压Vbr=15V。由图可见,测量结果的变化趋势与理论计算一致,但是测量结果要明显小于理论计算结果,这是由于理论计算采取的参数是从手册上查到的,不一定是二极管的实际参数,同时理论计算忽略了与肖特基二极管整流过程无关的损耗,包括波导系统腔壁损耗、半导体封装损耗等。1888