【導讀】普通的二極管由PN結(jié)組成。在P和N半導體材料之間加入一薄層低摻雜的本征(Intrinsic)半導體層,組成的這種P-I-N結(jié)構(gòu)的二極管就是PIN 二極管。
普通的二極管由PN結(jié)組成。在P和N半導體材料之間加入一薄層低摻雜的本征(Intrinsic)半導體層,組成的這種P-I-N結(jié)構(gòu)的二極管就是PIN 二極管。正因為有本征(Intrinsic)層的存在,PIN 二極管應用很廣泛,從低頻到高頻的應用都有,主要用在RF領域,用作RF 開關和RF保護電路,也有用作光電二極管(PhotoDiode)。PIN 二極管包括PIN光電二極管和PIN開關二極管。
微波開關利用PIN管在直流正-反偏壓下呈現(xiàn)近似導通或斷開的阻抗特性,實現(xiàn)了控制微波信號通道轉(zhuǎn)換作用。 PIN 二極管的直流伏安特性和PN結(jié)二極管是一樣的,但是在微波頻段卻有根本的差別。由于PIN 二極I層的總電荷主要由偏置電流產(chǎn)生。而不是由微波電流瞬時值產(chǎn)生,所以其對微波信號只呈現(xiàn)一個線性電阻。此阻值由直流偏置決定,正偏時阻值小,接近于短路,反偏時阻值大,接近于開路。因此PIN 二極對微波信號不產(chǎn)生非線性整流作用,這是和一般二極管的根本區(qū)別,所以它很適合于做微波控制器件。
因此,可以把PIN二極管作為可變阻抗元件使用。它常被應用于高頻開關(即微波開關)、移相、調(diào)制、限幅等電路中。
工作原理
因為 PIN二極管的射頻電阻與直流偏置電流有關,所以它可以用作為射頻開關和衰減器。串聯(lián)射頻開關電路:當二極管正偏時,即接通(短路);當二極管零偏或者反偏時,不僅開關的最高工作頻率會受到限制,最低工作頻率也會受到限制,如PIN管就不能控制直流或低頻信號的通斷。受管子截止頻率的影響,開關還有一個上限工作頻率。要求開關的頻帶盡量寬,因為信號源的頻帶越來越寬。
特性
加負電壓(或零偏壓)時,PIN管等效為電容+電阻;加正電壓時,PIN管等效為小電阻。用改變結(jié)構(gòu)尺寸及選擇PIN二極管參數(shù)的方法,使短路的階梯脊波導的反射相位(基準相位)與加正電壓的PIN管控制的短路波導的反射相位相同。還要求加負電壓(或0偏置)的PIN管控制的短路波導的反射相位與標準相位相反(-164°~+164°之間即可)。
考慮參數(shù)
1. 插入損耗:開關在導通時衰減不為零,稱為插入損耗
2. 隔離度:開關在斷開時其衰減也非無窮大,稱為隔離度
3. 開關時間: 由于電荷的存儲效應,PIN管的通斷和斷通都需要一個過程,這個過程所需時間
4. 承受功率: 在給定的工作條件下,微波開關能夠承受的最大輸入功率
5. 電壓駐波系數(shù): 僅反映端口輸入,輸出匹配情況
6. 視頻泄漏
7. 諧波: PIN二極管也具有非線性,因而會產(chǎn)生諧波,PIN開關在寬帶應用場合,諧波可能落在使用頻帶內(nèi)引起干擾。 開關分類:反射式和吸收式, 吸收式開關的性能較反射式開關優(yōu)良。