專利名稱：具有準(zhǔn)確乘方伏－安特性的半導(dǎo)體二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用電路綜合方法設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體二極管器件。
現(xiàn)有的p-n結(jié)型半導(dǎo)體二極管，其典型v-i(伏-安)特性由下列指數(shù)律函數(shù)描述i=IS(exp(v/vT)-1)式中IS是一個(gè)微安數(shù)量級(jí)的常數(shù)，代表該器件的反向飽和電流，vT=KT/q稱為熱電壓，其中q是一個(gè)電子的電荷量，K是波爾茲曼常數(shù)，T是以華氏度為單位的溫度。在室溫情況下，vT約為0.026伏。這種p-n結(jié)半導(dǎo)體二極管用單晶硅或鍺材料經(jīng)過摻雜、外延、擴(kuò)散、切割、封裝等一整套復(fù)雜的半導(dǎo)體制造工藝生產(chǎn)出來(lái)。通常，p-n結(jié)半導(dǎo)體二極管的主要用途是在電子電路與系統(tǒng)工程中用于電信號(hào)的波形或頻率變換。在這種情況下，由于上述指數(shù)律函數(shù)的展開式是一個(gè)無(wú)窮級(jí)數(shù)，即ev=1+v+v2/2！+v3/3！+……，因此，某一頻率的電信號(hào)經(jīng)過這種二極管的變換后，將相應(yīng)地包含直流、基波、二次諧波、三次諧波及其它高次諧波成分。在工程技術(shù)中，這種頻譜成分復(fù)雜的信號(hào)必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)臑V波電路濾除多余的頻譜成分之后才能應(yīng)用，這無(wú)疑將使電路的設(shè)計(jì)變得復(fù)雜，設(shè)備的成本增加，可靠性降低。
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有半導(dǎo)體二極管所存在的上述問題，提出一種用電路綜合方法設(shè)計(jì)的具有準(zhǔn)確的乘方，包括平方、立方、四次方、五次方……v-i(伏-安)特性的半導(dǎo)體二極管。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，它主要含有以下所述的電路單元，該單元具有模擬乘法器1，由該模擬乘法器的其中一個(gè)乘法輸入端X11與其加法輸入端Z1相連作為所述半導(dǎo)體二極管的一個(gè)極a，由該模擬乘法器的另一個(gè)輸入端Y11作為乘方電壓變量輸入端，用于輸入與乘法輸入端X11所輸入的電壓成冪次關(guān)系的電壓變量，模擬乘法器1的輸出端W1與乘法輸入端X11之間接有線性電阻R作為反饋回路，由模擬乘法器1的其它公共端(X12和Y12)連接在一起作為半導(dǎo)體二極管的另一個(gè)極b。這個(gè)半導(dǎo)體二極管的乘方v-i特性的乘方冪次取決于輸入模擬乘法器1的乘方電壓變量輸入端Y11(即模擬乘法器1的第二個(gè)乘法輸入端)的電壓變量v的乘方冪數(shù)。當(dāng)Y11輸入電壓變量v，即將乘法輸入端X11和Y11相連接時(shí)，則構(gòu)成具有準(zhǔn)確平方律v-i特性的半導(dǎo)體二極管；當(dāng)Y11輸入電壓變量v2時(shí)，所構(gòu)成的半導(dǎo)體二極管將具有準(zhǔn)確立方律v-i特性；當(dāng)Y11輸入電壓變量v3時(shí)，所構(gòu)成的半導(dǎo)體二極管將具有準(zhǔn)確四次方v-i特性；當(dāng)Y11輸入電壓變量v4時(shí)，所構(gòu)成的半導(dǎo)體二極管將具有準(zhǔn)確五次方v-i特性，依次類推，當(dāng)Y11輸入電壓變量vn(n=1、2、3、……)時(shí)，所構(gòu)成的半導(dǎo)體二極管將具有準(zhǔn)確n+1次方的v-i特性。改變構(gòu)成反饋回路的線性電阻的阻值，可以改變半導(dǎo)體二極管v-i特性的曲率以滿足不同的應(yīng)用要求。
上述向乘方電壓變量輸入端Y1所輸入的電壓變量vn可以由一個(gè)或數(shù)個(gè)相同的模擬乘法器通過類似的電路綜合方法設(shè)計(jì)，經(jīng)乘法器進(jìn)行乘法運(yùn)算后，在其輸出端輸出。其具體電路將在下述實(shí)施例中列舉詳述。
本發(fā)明所提供的半導(dǎo)體二極管既可以用分立元件構(gòu)成單元電路形式，也可以制成集成電路形式。
應(yīng)用本電路綜合方法設(shè)計(jì)而成的半導(dǎo)體二極管，由于具有準(zhǔn)確的乘方v-i特性，將該電路應(yīng)用于電子電路與系統(tǒng)工程中的電信號(hào)的波形或頻率變換，可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，降低設(shè)備成本，提高可靠性。
以下根據(jù)附圖詳述本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)

圖1為本發(fā)明主電路單元電路結(jié)構(gòu)圖；圖2為具有準(zhǔn)確平方律v-i特性的半導(dǎo)體二極管電路結(jié)構(gòu)圖；圖3為產(chǎn)生電壓變量v2的電路；圖4為具有準(zhǔn)確立方律v-i特性的半導(dǎo)體二極管電路結(jié)構(gòu)圖；圖5為產(chǎn)生電壓變量v3的電路；圖6為具有準(zhǔn)確四次方v-i特性的半導(dǎo)體二極管電路結(jié)構(gòu)圖；圖7為產(chǎn)生電壓變量v4的電路；圖8為具有準(zhǔn)確五次方v-i特性的半導(dǎo)體二極管電路結(jié)構(gòu)圖。
圖1為本發(fā)明所具有的主電路單元電路，其結(jié)構(gòu)如本說明書第四段所述，圖中v和i分別為半導(dǎo)體二極管的端電壓和流經(jīng)該二極管的電流，X11為模擬乘法器1的一個(gè)乘法輸入端，Y11為模擬乘法器1的另一個(gè)乘法輸入端，用于輸入乘方電壓變量vn(n=1,2,3,……),Z1為模擬乘法器1的加法輸入端，X12和Y12為模擬乘法器1的公共端，W1為模擬乘法器1的輸出端，R為反饋電阻。以下各實(shí)施例均由圖1演變而來(lái)。
實(shí)施例一如圖2所示，本實(shí)施例是將圖1中的乘法輸入端X11和Y11相連，即Y11輸入與X11相同的電壓變量v，而構(gòu)成具有準(zhǔn)確平方律的v-i特性的半導(dǎo)體二極管。
實(shí)施例二本實(shí)施例為具有準(zhǔn)確立方律的v-i特性的半導(dǎo)體二極管(如圖4所示)，圖3為用于產(chǎn)生電壓變量v2的電路單元，將該電壓變量v2輸入到圖1電路中的模擬乘法器1的乘方電壓變量輸入端Y11，即構(gòu)成如圖4所示的具有準(zhǔn)確立方律v-i特性的半導(dǎo)體二極管。具體結(jié)構(gòu)是模擬乘法器2的兩個(gè)乘法輸入端X21和Y21相連后連到模擬乘法器1的乘法輸入端X11，其公共端X22和Y22和加法輸入端Z2與模擬乘法器1的公共端X12和Y12相連，其輸出端W2輸出電壓變量v2接到模擬乘法器1的乘方電壓變量輸入端Y11。
實(shí)施例三本實(shí)施例為具有準(zhǔn)確四次方v-i特性的半導(dǎo)體二極管(如圖6所示)，圖5為用于產(chǎn)生電壓變量v3的電路單元，將該電壓變量v3輸入到圖1電路中的模擬乘法器1的乘方電壓變量輸入端Y11，即構(gòu)成如圖6所示的具有準(zhǔn)確四次方v-i特性的半導(dǎo)體二極管。具體結(jié)構(gòu)是電壓變量v3由模擬乘法器3和模擬乘法器4組成的乘方電路產(chǎn)生，模擬乘法器3的兩個(gè)乘法輸入端X31和Y31與模擬乘法器4的一個(gè)乘法輸入端X41相連后接到模擬乘法器1的乘法輸入端X11，模擬乘法器3的輸出端W3接到模擬乘法器4的另一個(gè)乘法輸入端Y41，兩個(gè)模擬乘法器3和4的公共端和加法輸入端(X32、Y32、Z3、X42、Y42和Z4)與模擬乘法器1的公共端(X12和Y12)相連，模擬乘法器4的輸出端W4輸出電壓變量v3接到模擬乘法器1的乘方電壓變量輸入端Y11。
實(shí)施例四本實(shí)施例為具有準(zhǔn)確五次方v-i特性的半導(dǎo)體二極管(如圖8所示)，圖7為用于產(chǎn)生電壓變量v4的電路單元，將該電壓變量v4輸入到圖1電路中的模擬乘法器1的乘方電壓變量輸入端Y11，即構(gòu)成如圖8所示的具有準(zhǔn)確五次方v-i特性的半導(dǎo)體二極管。具體結(jié)構(gòu)是電壓變量v4由模擬乘法器5和模擬乘法器6組成的乘方電路產(chǎn)生，模擬乘法器5的兩個(gè)輸入端X51和Y51相連后接到模擬乘法器1的輸入端X11，輸出端W5接到模擬乘法器6的兩個(gè)互相連接起來(lái)的輸入端X61和Y61，兩個(gè)模擬乘法器5和6的公共端和加法輸入端(X52、Y52、Z5、X62、Y62和Z6)與模擬乘法器1的公共端(X12和Y12)相連，模擬乘法器6的輸出端W6輸出電壓變量v4接到模擬乘法器1的乘方電壓變量輸入端Y11。
上述各模擬乘法器端腳按以下規(guī)則編號(hào)Xm1、Ym1為乘法輸入端(其中m為模擬乘法器的編號(hào)，以下同)；Xm2、Ym2為公共端；Zm為加法輸入端；Wm為輸出端。
如X21、Y21為模擬乘法器2的兩個(gè)乘法輸入端，X32、Y32為模擬乘法器3的公共端，Z4為模擬乘法器4的加法輸入端，W5為模擬乘法器5的輸出端，以此類推。
權(quán)利要求
1．一種具有準(zhǔn)確乘方伏-安特性的半導(dǎo)體二極管，其特征在于具有如下電路單元，該電路單元具有模擬乘法器1，由該模擬乘法器的其中一個(gè)乘法輸入端X11與其加法輸入端Z1相連作為半導(dǎo)體二極管的一個(gè)極a，由該模擬乘法器的另一個(gè)乘法輸入端Y11作為乘方電壓變量輸入端，用于輸入與輸入端X11所輸入的電壓v成冪次關(guān)系的電壓變量，該模擬乘法器的輸出端W1與乘法輸入端X11之間接有線性電阻R作為反饋回路，由該模擬乘法器的其它公共端(X12和Y12)連接在一起作為該半導(dǎo)體二極管的另一個(gè)極b。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體二極管，其特征在于所說的模擬乘法器1的乘方電壓變量輸入端Y11輸入電壓變量的乘方vn(n=1、2、3、……)，構(gòu)成具有準(zhǔn)確n+1次方的v-i特性的半導(dǎo)體二極管。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體二極管，其特征在于所說的模擬乘法器1的兩個(gè)乘法輸入端X11和Y11相連，即乘法輸入端Y11輸入電壓變量v，構(gòu)成具有準(zhǔn)確二次方v-i特性的半導(dǎo)體二極管。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體二極管，其特征在于所說的模擬乘法器1的乘方電壓變量輸入端Y11輸入電壓變量v2，構(gòu)成具有準(zhǔn)確三次方v-i特性的半導(dǎo)體二極管，所說的電壓變量v2由以下電路產(chǎn)生，該電路具有模擬乘法器2，其兩個(gè)乘法輸入端X21和Y21相連后連到模擬乘法器1的乘法輸入端X11，其公共端(X22和Y22)和加法輸入端(Z2)與模擬乘法器1的公共端(X12和Y12)相連，其輸出端W2輸出電壓變量v2接到模擬乘法器1的乘方電壓變量輸入端Y11。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體二極管，其特征在于模擬乘法器1的乘方電壓變量輸入端Y11輸入電壓變量v3，構(gòu)成具有準(zhǔn)確四次方v-i特性的半導(dǎo)體二極管，所說的電壓變量v3由下述模擬乘法器3和模擬乘法器4組成的乘方電路產(chǎn)生，模擬乘法器3的兩個(gè)乘法輸入端X31和Y31與模擬乘法器4的一個(gè)乘法輸入端X41相連后接到模擬乘法器1的乘法輸入端X11，模擬乘法器3的輸出端W3接到模擬乘法器4的另一個(gè)乘法輸入端Y41，兩個(gè)模擬乘法器3和4的公共端和加法輸入端(X32、Y32、Z3、X42、Y42和Z4)與模擬乘法器1的公共端(X12和Y12)相連，模擬乘法器4的輸出端W4輸出電壓變量v3接到模擬乘法器1的乘方電壓變量輸入端Y11。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體二極管，其特征在于模擬乘法器1的乘方電壓變量輸入端Y11輸入電壓變量v4，構(gòu)成具有準(zhǔn)確五次方v-i特性的半導(dǎo)體二極管，所說的電壓變量v4由下述模擬乘法器5和模擬乘法器6組成的乘方電路產(chǎn)生，模擬乘法器5的兩個(gè)輸入端X51和Y51相連后接到模擬乘法器1的輸入端X11，輸出端W5接到模擬乘法器6的兩個(gè)互相連接起來(lái)的輸入端X61和Y61，兩個(gè)模擬乘法器5和6的公共端和加法輸入端(X52、Y52、Z5、X62、Y62和Z6)與模擬乘法器1的公共端(X12和Y12)相連，模擬乘法器6的輸出端W6輸出電壓變量v4接到模擬乘法器1的乘方電壓變量輸入端Y11。
7．根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的半導(dǎo)體二極管，其特征在于用分立元件構(gòu)成的單元電路形式的器件。
8．根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的半導(dǎo)體二極管，其特征在于本器件為集成電路形式的器件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用電路綜合方法設(shè)計(jì)的具有準(zhǔn)確乘方v－i(伏－安)特性的半導(dǎo)體二極管,本器件電路結(jié)構(gòu)的主電路單元具有一個(gè)模擬乘法器1,它的一個(gè)乘法輸入端X
文檔編號(hào)H03K19/00GK1212513SQ97114250
公開日1999年3月31日 申請(qǐng)日期1997年9月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月19日
發(fā)明者鐘國(guó)群 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州電子技術(shù)研究所