PIN型二极管基础知识

2019-04-26 本文已影响0人 927120b75c96

普通的二极管由PN结组成。在P和N半导体材料之间加入一薄层低掺杂的本征（Intrinsic）半导体层，组成的这种P-I-N结构的二极管就是PIN 二极管。正因为有本征（Intrinsic）层的存在，PIN 二极管应用很广泛，从低频到高频的应用都有，主要用在RF领域，用作RF 开关和RF保护电路，也有用作光电二极管（PhotoDiode）。PIN 二极管包括PIN光电二极管和PIN开关二极管。

微波开关利用PIN管在直流正-反偏压下呈现近似导通或断开的阻抗特性，实现了控制微波信号通道转换作用。 PIN 二极管的直流伏安特性和PN结二极管是一样的，但是在微波频段却有根本的差别。由于PIN 二极I层的总电荷主要由偏置电流产生。而不是由微波电流瞬时值产生，所以其对微波信号只呈现一个线性电阻。此阻值由直流偏置决定，正偏时阻值小，接近于短路，反偏时阻值大，接近于开路。因此PIN 二极对微波信号不产生非线性整流作用，这是和一般二极管的根本区别，所以它很适合于做微波控制器件。

因此，可以把PIN二极管作为可变阻抗元件使用。它常被应用于高频开关（即微波开关）、移相、调制、限幅等电路中。

工作原理

因为 PIN二极管的射频电阻与直流偏置电流有关，所以它可以用作为射频开关和衰减器。串联射频开关电路：当二极管正偏时，即接通（短路）；当二极管零偏或者反偏时，不仅开关的最高工作频率会受到限制，最低工作频率也会受到限制，如PIN管就不能控制直流或低频信号的通断。受管子截止频率的影响，开关还有一个上限工作频率。要求开关的频带尽量宽，因为信号源的频带越来越宽。

特性

加负电压（或零偏压）时，PIN管等效为电容+电阻；加正电压时，PIN管等效为小电阻。用改变结构尺寸及选择PIN二极管参数的方法，使短路的阶梯脊波导的反射相位（基准相位）与加正电压的PIN管控制的短路波导的反射相位相同。还要求加负电压（或0偏置）的PIN管控制的短路波导的反射相位与标准相位相反（-164°～+164°之间即可）。

图1给出了PIN二极管在正向导通时的电荷分布情况。为简化起见，我们假设I区域中电子与空穴分布对称且分布密度相同。设x=－d处的空穴分布密度为p1，在[－d,0]区域中的剩余空穴电荷为q2，且位于x=－d/2处，这样此区域的平均空穴密度为：p2=q2/qAd.这里A为结面积，q为单位电荷。