pin 二極體

pin二極體，通信術語，是一種在光通信中普遍使用的光電二極體。PIN二極體作為一種特種微波半導體元件，廣泛套用於微波和射頻電路的設計中，具有許多優良的特點，例如：開關速度快、可控功率大、損耗低、反向擊穿電壓高等。另外，PIN二極體無論被正向或者反向偏置均可得到類似於短路與開路。因而，PIN二極體已經成為各種電子設備中的重要組成部分。

基本介紹

• 中文名：pin 二極體
• 外文名：pin diode
• 屬於：通信術語
• 性質：可變阻抗器

概述

PIN二極體屬於可變阻抗器，它需要通過一定的頻率範圍來完成工作任務；從套用範圍來看，主要套用於射頻、UHF、微波電路之中；從控制方面來看，則可以通過直流電流對阻抗值加以控制（要求兩端共同作用完成控制）；從特徵上來看，它具備自身客觀性的獨立特異性、性質比較鮮明，比如，偏置電流小、控制射頻功率大就非常引人注意。

原理

PIN二極體是兩端半導體器件，其結構不同於普通二極體的地方主要是在重摻雜的P區和N區中間夾一層本徵層(即I層)。在其兩端施加不同的直流電，PIN管本徵層(I層)的載流子數目會發生變化。在反向偏置時，I區將導致極高的二極體擊穿電壓，而器件電容是通過增大P區和N區的距離來減小的，在正向偏置時，I區的電導率是由末端區植入電荷來控制的。這種二極體是一種低失真的偏流控制電阻器，且具有良好的線性性能。PIN二極體的直流福安特性和PN結二極體是一樣的，但是在微波段卻有本質的差別。由於PIN二極體I層的總電荷主要是由偏置電流決定的，而不是微波電流瞬時值產生的所以對微波信號只呈現一個線性電阻。該阻值由直流偏置決定，正偏時阻抗很小，接近短路；反偏時很大，接近開路。因此，PIN二極體對微波信號不產生非線性整流作用，這是和普通二極體的根本區別。

特性

1、直流工作狀態

當無外加電壓時，PIN二極體因為I區由於耗盡層的存在呈現高阻抗特性。當給PIN二極體提供正向偏置電壓時，P區和N區的載流子進入I區，並在I區中複合，但由於I區中摻雜濃度低，不會像PN結二極體中一樣立即複合，經過有一定的延遲時間後達到電流穩定狀態，而I區中有一定的載流子的存在電阻就會降低呈現低阻抗狀態。當外加反向偏置電壓時，由於本已存在的內建電場得到加強，使得空間電荷區變寬，此時的PIN二極體類似於一個電阻串聯一個電容。

pin二極體

2、射頻工作狀態

對於同一類型的PIN二極體當外加低頻信號時，由於頻率較低載流子在I區的渡越時間較短可以忽略不計，其呈現出與普通二極體一樣的特性，對低頻信號進行整流等與PN二極體相同的作用。當信號頻率升高到一定程度，載流子在I區中的渡越時間相對於信號周期不能忽略不計。信號在正負半周交替時，載流子從I區兩側同時注入，擴散的時間還未達到完全複合時，外部信號周期已經由正變負，載流子在I區中的複合作用而減少，但由於載流子在I區中的存在時間大於信號的半周期，所以載流子還沒有完全複合外加信號又由負變正，因而I區中始終存在一部分載流子，使得PIN二極體始終不能像普通二極體一樣達到截至狀態，而對於高頻信號來說更像是一種線性原件。

從上面PIN二極體在直流和射頻狀態的特性可以看出：利用這一特性，可以在DF100A型發射機射頻增益控制電路中，用於衰減信號來保護和調整發射機狀態。

套用

開關電路設計

由於PIN二極體可以根據不同的射頻微波信號表現出不同阻抗特性，因此，利用直流電平信號對射頻微波信號進行控制，從而控制PIN二極體的阻抗，實現電路開關的功能。實際中，PIN二極體用作射頻開關均會產生一定的電抗和損耗電阻，套用中要求將降低這些影響。

衰減電路設計

衰減器的主要作用是探知系統插損的電路，例如Pi型T型插損探知衰減電路，電阻網路即可作為簡單的衰減器。衰減器在射頻電路中廣泛使用，不僅可以隔離兩個放大級，而且可以通過對衰減器的控制從而達到信道APC和AGC的功能。

將兩個相同的PIN二極體串聯，相當於衰減模型的串聯電阻，這樣使得衰減電路的動態範圍明顯增加，偶次失真被消除。另外，也簡化了匹配和偏置電路，但是也增加了插入電路的耗損。在此電路中，控制衰減電壓幅度，可以實現控制射頻信號的衰減。

調製電路設計

PIN二極體對於射頻信號可以表現出不同的衰減程度，可以利用這一特性設計出AM調製電路。由RF或微波單頻信號等射頻載波信號以及低頻調製信號（一般在DC-10MHz範圍內）共同完成其調製過程。PIN二極體偏置電流由低頻調製信號進行控制，通過PIN二極體的載波幅度大小的變化而產生調製波形。