检波二极管的作用和应用

检波二极管的选取对于检波器的性能是很关键的一步，要选择合适的二极管并配合相应的电路才行。一般检波二极管的选择遵从以下几点原则：

①能够起到非线性变换的功能；

②寄生电抗特别是结电容低；

③低结势垒高度，当低电平检波的时候应该允许不加外偏压的情况下有足够电流通过；

④具有较高的击穿电压，当高电压检波时，防止信号变动形成大电流烧毁二极管；

⑤良好的灵敏度以达到能检测微弱信号，这个指标还取决于二极管的本征噪声和外部阻抗匹配情况的好坏；

⑥大信号检波时恢复时间短。

图7-10是一个简化的检波器电路，频率为ωR的输入信号（功率为Pinc）通过一个匹配网络接到检波二极管电路上，这样Pinc被二极管阻抗的电阻部分RV=Rj+Rs吸收，旁路电容CL短路掉射频输出电路，并且阻止Pinc进入视频电阻负载RL。二极管上加有外部偏置电流Idc，射频扼流圈（RFC）提供直流回路，在视频频率ωm上可忽略电抗的大隔直电容CB，将Idc与视频放大器隔离。

检波二极管是检波器中最重要的部分，对整个检波器性能好坏起着重要作用。图7-11为加了封装之后的检波二极管等效电路。图中Lp、Cp为二极管封装引入的引线电感和并联电容。

图7-10　简化的检波器电路

图7-11　检波二极管等效电路

检波二极管通常选用肖特基二极管，所以其输出电流特性及伏安特性与肖特基二极管相同，如果假设二极管电压为：

其中V0是直流偏置电压，V是小的交流信号电压，这样上式对V0做泰勒级数展开，有：

式中，I0=I（V0）是直流偏置电流。

二极管结电阻Rj，动态电导Gd用函数的一阶导数表示：

则I（V）可进一步表示为直流偏置电流I0和交流电流i之和：

式中前三项近似称为小信号近似。若二极管电压由直流偏置电压和小信号射频电压组成：

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则二极管电流为：

其中，I0是偏置电流是直流整流电流。输出还包含有频率为ω0和2ω0（及更高次谐波）的交流信号，这些信号通常用低通滤波器滤掉。

对于小信号的整流，只有二次项有意义，从而称该二极管工作在平方律区域，即输出电流与射频输入电压的平方成正比。当V升高到一定程度时，式中的四次项将不能忽略，二极管的响应已在平方律检波区之外，其特性按准平方律整流，这段区域称为过渡区。V继续升高，二极管响应特性就进入线性检波区。

图7-12给出了检波二极管特性。图中TSS为正切灵敏度，定义为当输入脉冲调制信号时，检波器检波视频信号在脉内的噪声下沿与脉间的噪声上沿相切时对应的输入信号峰值功率。P-1dB定义为检波器工作区从平方律区进入到线性区的时候，输出幅度相对平方律特性压缩-1 dB的时候对应的输入功率。所以可以知道检波器的动态范围（定义为Dr）是：

原则上任何非线性器件均可用于检波器电路设计，比如各种二极管和三极管。但通常还是选取为了提高检波性能而使用专门工艺设计的检波二极管。如图7-13给出的是VIRGINIA公司的零偏置肖特基低势垒检波二极管，这是一种专用的检波二极管，具有截止频率高、检波失真小的特点。

图7-12　二极管检波特性图

图7-13　VIRGINIA公司检波二极管

下面给出几种可用作检波管的二极管。

（1）肖特基势垒二极管

检波用的肖特基势垒二极管不同于混频用的肖特基势垒二极管。为了简化检波器电路，往往不用外加偏置电压，因此在零偏置电压原点附近的I-V特性斜率要足够大，才能对弱信号有较高灵敏度。

在一些应用场合，如对于毫米波幅度低的小信号，检波电流非常微弱。所以常规肖特基势垒二极管做检波器使用时必须加正向偏压，以克服较大的接触势垒。还有一种检波二极管，称为平面掺杂势垒检波管。它从工艺过程和结构上做了较大改进，具有极好的频率响应特性，可以在多倍频程的极宽频带内获得平坦响应，还具有很好的宽温度范围稳定性。

（2）点接触二极管

点接触二极管用金属丝靠机械压力与半导体接触而形成半导体结。点接触二极管虽然其结构工艺较为简单，但是结的长期稳定性差，管芯参数一致性也不好，所以在工程中应用少，逐渐被肖特基二极管所代替。点接触二极管在零偏置点灵敏度高，尤其是点接触结面积较小，所以结电容较小，在毫米频段高端有时被采用。也有的点接触管设计成使金属引丝电感与芯片结电容形成谐振，以提高检波灵敏度。

（3）反向二极管

反向二极管是隧道二极管的一个变种形式。在半导体结中极大的掺杂情况下，二极管反向特性接近导通。零偏置时，负向电流特性很陡；正向电压时，隧道二极管的峰值电流很低，隧道负阻现象几乎消失。用于检波器时，是利用它的反向电流作为检波电流。在零偏置电压时，对弱信号有很高的检波灵敏度。但是由于正向接触电位所限，反向二极管不能用于较强信号检波。

肖特基结混频二极管的接触电位高，使用时需加正向偏压，使工作点处于电流非线性开始上升的转弯点。低势垒检波二极管的反向饱和电流比常规肖特基势垒二极管要大几个数量级，在零偏压点附近就有较好的接通特性。反向二极管在零偏置点的负电流斜率最大，属于专用弱信号检波器件，它的正向导通电位较低，所以稍微大点的信号就会使二极管双向都将导通，因此不能用于较强信号的检测。点接触二极管的非线性相比于其他几种二极管较差。由于结构简单，结电容小，截止频率高，在毫米频段还有应用。

表7-2是几种典型二极管噪声特性比较，从中可以看出硅肖特基势垒二极管用于检波器时具有较好特性。

表7-2　几种典型检波管的噪声特性

从检波管等效电路可以看出，在检波器工作时，通过结电阻的电流是有效的检波电流，结电容Cj与Rj并联，具有旁路作用，将降低检波灵敏度，而电阻Rs是和结电阻串联，将对有用信号进行分压。