射頻電路的PIN二極管簡述

PIN二極管是射頻電路里的一種重要元件。

PIN二極管與普通二極管的不同之處在於,PIN二極管在PN結之間,還有一個未摻雜的本徵半導體層,即:I層。

從半導體物理的原理層面來說,理解PIN二極管的特性,對於無線電技術來說,沒有太大必要,我們只需要瞭解,當PIN二極管通過正向電流時,它對射頻信號的電阻會隨著直流電流的增大而減小,而當直流電流減小到0時,它的射頻電阻則會趨於極大。

PIN二極管因為多了一個本徵I層,所以,它的結電容很小,通常在1pF以下。

PIN二極管還有一個參數是,特徵頻率,對於大多數PIN二極管來說,通常是1MHz左右。

PIN二極管,對高於特徵頻率的射頻信號,表現為一個電阻,而低於的,表現為像一個普通整流二極管。

應用於射頻系統的PIN二極管主要分兩類:

1、是可變電阻式的。

2、是開關式的。

實際上,後者可以理解為前者的特例,即:開關型PIN二極管只需很小的正向直流電流控制,便可具備極小的射頻電阻。

BRA64和BRA63是市場上常見的PIN二極管,它們的If-Rf特性曲線如下圖所示:

射頻電路的PIN二極管簡述

可見,開關型的BAR63在1mA的正向電流下,射頻電阻僅2歐姆,而BAR64的射頻電阻隨著正向電流在很寬的範圍內變化,是個理想的射頻可變電阻。

下圖是PIN二極管的基本應用電路:

射頻電路的PIN二極管簡述

圖中,當控制電壓VT使PIN二極管導通時,射頻信號通道呈現低阻抗狀態,而VT為零或者為負值時,二極管截止,射頻通道呈現高阻抗狀態。

這樣就實現了射頻開關或者射頻可變電阻的功能。

然而實際用PIN二極管設計開關或者衰減器時,不會這麼簡單。

而是使用更多的PIN二極管,可以實現更高的隔離度,或者達到更寬的衰減器調節範圍。

在小信號狀態下,普通高頻二極管(如:1N4148)也可以代替PIN二極管實現射頻開關的功能。但是PIN二極管不論用做開關還是衰減器,都可以用不很大的直流電流取控制非常強的射頻信號(只要不超過PIN功耗的極限)。

PIN二極管獨特的內部結構,尅確保它對射頻信號始終表現為一個線性電阻的性質,而開關型的PIN二極管則智能對峰值低於它的導通閥值的射頻信號實現開關控制。

PIN二極管是射頻電路中常用的元件,但是價格遠高於普通二極管,實際上對於50MHz以下的應用,很多高反壓的低頻小電流整流管是很好的開關型PIN的代用品。因為,這些高反壓二極管本身就是PIN結構的,只是結電容稍大一些,比如1N4007的結電容大約是10pF。多數微玻璃封裝(DO-35)的高反壓結電容在5pF以下,用於50MHz以下的射頻信號,毫無問題。


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