pin二极管,通信术语,是一种在光通信中普遍使用的光电二极管。PIN二极管作为一种特种微波半导体元件,广泛应用于微波和射频电路的设计中,具有许多优良的特点,例如:开关速度快、可控功率大、损耗低、
反向击穿电压高等。另外,PIN二极管无论被正向或者反向偏置均可得到类似于短路与开路。因而,PIN二极管已经成为各种电子设备中的重要组成部分。
PIN二极管属于可变阻抗器,它需要通过一定的频率范围来完成工作任务;从应用范围来看,主要应用于射频、UHF、微波电路之中;从控制方面来看,则可以通过直流电流对阻抗值加以控制(要求两端共同作用完成控制);从特征上来看,它具备自身客观性的独立特异性、性质比较鲜明,比如,偏置电流小、控制射频功率大就非常引人注意。
PIN二极管是两端半导体器件,其结构不同于普通二极管的地方主要是在重掺杂的P区和N区中间夹一层本征层(即I层)。在其两端施加不同的直流电,PIN管本征层(I层)的载流子数目会发生变化。在反向偏置时,I区将导致极高的二极管击穿电压,而器件电容是通过增大P区和N区的距离来减小的,在正向偏置时,I区的电导率是由末端区植入
电荷来控制的。这种二极管是一种低失真的偏流控制电阻器,且具有良好的线性性能。PIN二极管的直流伏安特性和PN结二极管是一样的,但是在微波段却有本质的差别。由于PIN二极管I层的总电荷主要是由偏置电流决定的,而不是微波电流瞬时值产生的所以对微波信号只呈现一个线性电阻。该阻值由直流偏置决定,正偏时阻抗很小,接近短路;反偏时很大,接近开路。因此,PIN二极管对微波信号不产生非线性整流作用,这是和普通二极管的根本区别。
当无外加电压时,PIN二极管因为I区由于耗尽层的存在呈现高阻抗特性。当给PIN二极管提供正向偏置电压时,P区和N区的载流子进入I区,并在I区中复合,但由于I区中掺杂浓度低,不会像PN结二极管中一样立即复合,经过有一定的延迟时间后达到电流稳定状态,而I区中有一定的载流子的存在电阻就会降低呈现低阻抗状态。当外加反向偏置电压时,由于本已存在的内建电场得到加强,使得空间电荷区变宽,此时的PIN二极管类似于一个电阻串联一个电容。
对于同一类型的PIN二极管当外加低频信号时,由于频率较低载流子在I区的渡越时间较短可以忽略不计,其呈现出与普通二极管一样的特性,对低频信号进行整流等与PN二极管相同的作用。当信号频率升高到一定程度,载流子在I区中的渡越时间相对于信号周期不能忽略不计。信号在正负半周交替时,载流子从I区两侧同时注入,扩散的时间还未达到完全复合时,外部信号周期已经由正变负,载流子在I区中的复合作用而减少,但由于载流子在I区中的存在时间大于信号的半周期,所以载流子还没有完全复合外加信号又由负变正,因而I区中始终存在一部分载流子,使得PIN二极管始终不能像普通
二极管一样达到截至状态,而对于高频信号来说更像是一种线性原件。
由于PIN二极管可以根据不同的射频微波信号表现出不同阻抗特性,因此,利用直流电平信号对射频微波信号进行控制,从而控制PIN二极管的阻抗,实现电路开关的功能。实际中,PIN二极管用作射频开关均会产生一定的电抗和损耗电阻,应用中要求将降低这些影响。
衰减器的主要作用是探知系统插损的电路,例如Pi型T型插损探知衰减电路,电阻网络即可作为简单的衰减器。衰减器在射频电路中广泛使用,不仅可以隔离两个放大级,而且可以通过对衰减器的控制从而达到信道APC和AGC的功能。
将两个相同的PIN二极管串联,相当于衰减模型的串联电阻,这样使得衰减电路的动态范围明显增加,偶次失真被消除。另外,也简化了匹配和偏置电路,但是也增加了插入电路的耗损。在此电路中,控制衰减电压幅度,可以实现控制射频信号的衰减。
PIN二极管对于射频信号可以表现出不同的衰减程度,可以利用这一特性设计出AM调制电路。由RF或微波单频信号等射频载波信号以及低频调制信号(一般在DC-10MHz范围内)共同完成其调制过程。PIN二极管偏置电流由低频调制信号进行控制,通过PIN
二极管的载波幅度大小的变化而产生调制波形。