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  • PIN二極管等效電路與驅(qū)動(dòng)控制
    • 發(fā)布時(shí)間:2019-10-21 14:53:56
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    在半導(dǎo)體世界里,PN結(jié)是二極管發(fā)展演變的基因,利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦钥砷_發(fā)出各種半導(dǎo)體產(chǎn)品,例如整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管等。在PN結(jié)的P區(qū)和N區(qū)之間夾入一薄層低摻雜的本征(Intrinsic)半導(dǎo)體層,形成PIN結(jié)構(gòu),就產(chǎn)生了一種新的二極管品種——PIN二極管,廣泛用于射頻與微波領(lǐng)域,例如要求高隔離度和低損耗的微波開關(guān)、移相器和衰減器。
    PIN二極管特性
    PIN二極管工作在RF和微波頻率,最大特點(diǎn)在于PN結(jié)中間多了一個(gè)“I”層,這個(gè)本征半導(dǎo)體層與介質(zhì)類似,相當(dāng)于擴(kuò)展了P-N結(jié)電極之間的距離,使結(jié)電容變得很小,這是PIN二極管的一大特點(diǎn)。
    PIN二極管用電流控制電阻,其“I”層寬度隨反向電壓增加而加寬。正向偏置(“導(dǎo)通”)時(shí),PIN二極管的電阻很?。ú坏?歐姆),反向偏置(“截止”)時(shí)電阻高達(dá)10k?以上。
    PIN二極管
    PIN二極管工作原理(a)及正偏(b)、反偏(c)等效電路
    正向偏壓時(shí),PIN二極管呈低阻特性。正向偏壓越大,注入I層的電流就越大,使得其電阻越小,一般只有幾分之一歐姆。
    在零偏下,由于I區(qū)存在耗盡區(qū),PIN二極管呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。
    在反偏情況下,情況與跟零偏時(shí)很類似,所不同的是內(nèi)建電場會(huì)得到加強(qiáng)。此時(shí)的PIN二極管可以等效為電阻加電容,其電阻是剩下的本征區(qū)電阻,而電容是耗盡區(qū)的勢(shì)壘電容。其中,電阻范圍在1Ω到100Ω之間,電容范圍在0.1pF到10pF之間。如果反向偏壓過大,使得耗盡區(qū)充滿整個(gè)I區(qū),此時(shí)會(huì)發(fā)生I區(qū)穿通,此時(shí)PIN管不能正常工作了。
    PIN二極管應(yīng)用
    PIN二極管常常用于RF和微波電路的微波開關(guān)、移相器和衰減器。由于射頻電阻與直流偏置電流有關(guān),在串聯(lián)射頻開關(guān)電路中,每個(gè)PIN二極管都有相應(yīng)的PIN二極管驅(qū)動(dòng)器或開關(guān)驅(qū)動(dòng)器,用來提供受控正向偏置電流、反向偏置電壓以及控制信號(hào)(通常是一個(gè)數(shù)字邏輯命令)與一個(gè)或多個(gè)PIN二極管之間的激活接口。
    PIN二極管
    PIN二極管反向特性及結(jié)電容
    應(yīng)用中,一般將開關(guān)驅(qū)動(dòng)器控制電路與PIN二極管相連,以便通過施加正向或反向偏置來開關(guān)二極管作。偏置電路通常使用一個(gè)低通濾波器,通常位于RF電路與開關(guān)驅(qū)動(dòng)器之間。需要注意的是,這里的元件允許頻率相對(duì)較低的控制信號(hào)通過PIN二極管,不正常的RF能量損耗意味著開關(guān)的插入損耗過高。
    除了RF應(yīng)用,在一些要求高隔離度和低損耗的精密測量領(lǐng)域,例如儀器儀表、測試設(shè)備、通信設(shè)備、雷達(dá)和各種軍事應(yīng)用,也能發(fā)現(xiàn)PIN二極管的身影。隨著移動(dòng)通信向更高波段發(fā)展,特別是5G基站的大規(guī)模安裝,PIN二極管的市場空間也進(jìn)一步打開。
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