¿Cuáles son los principios y aplicaciones de los diodos PIN? (Parte 2)

Un diodo común consta de una unión PN. Un diodo PIN es un diodo PIN que agrega una capa delgada de semiconductor intrínseco de bajo dopaje entre los materiales semiconductores P y N. Debido a la existencia de la capa intrínseca, los diodos PIN se utilizan ampliamente, desde aplicaciones de baja a alta frecuencia, principalmente en el campo de RF, como interruptores de RF y circuitos de protección de RF, y también como fotodiodos. El diodo PIN incluye fotodiodo PIN y diodo de conmutación PIN.tomar parte 1.

3. Diodo PIN como interruptor RF

①Principio de funcionamiento

Debido a que la resistencia de RF del diodo PIN está relacionada con la corriente de polarización de CC, puede usarse como interruptor y atenuador de RF. Circuito de conmutación de RF en serie: cuando el diodo está polarizado positivamente, se enciende (cortocircuito); Cuando el diodo tiene polarización cero o polarización inversa, el ancho de banda se puede cambiar: no solo se limitará la frecuencia operativa más alta del interruptor, sino que también se limitará la frecuencia operativa más baja, como el tubo PIN no puede controlar el on-off de señales DC o de baja frecuencia. El interruptor también tiene una frecuencia operativa superior, que se ve afectada por la frecuencia de corte del tubo. Se requiere que la banda de frecuencia del interruptor sea lo más amplia posible① porque la banda de frecuencia de la fuente de la señal es cada vez más ancha.

②Parámetro de rendimiento

Pérdida de inserción y aislamiento: La atenuación de inserción se define como la máxima potencia disponible P generada por la fuente de la señal.

La relación entre la potencia real P y la carga obtenida cuando el interruptor está encendido, es decir, P/P. Si la potencia real en la carga cuando se apaga el interruptor es P, representa el aislamiento, escrito en forma de decibelios:

De acuerdo con la definición de los parámetros de dispersión de la red, existen:

Para el interruptor ideal:la atenuación es infinita cuando está desconectado, la atenuación es cero cuando está encendido, y generalmente solo se puede requerir que la relación de los dos sea lo más grande posible. Dado que la impedancia del tubo PIN no se puede reducir a cero, ni se puede aumentar a infinito, el interruptor real no tiene una atenuación infinita cuando se desconecta, y no es cero cuando se enciende, generalmente solo la relación de los dos debe ser lo más grande posible, la atenuación de encendido y apagado del interruptor se llama pérdida de inserción, y la atenuación cuando está desconectado se llama aislamiento, la pérdida de inserción y el aislamiento es un indicador básico para medir la calidad del interruptor. El objetivo es diseñar interruptores con bajas pérdidas de inserción y alto aislamiento.

Capacidad de potencia:La llamada capacidad de potencia del interruptor se refiere a la potencia máxima de microondas que puede soportar. La capacidad de potencia del diodo PIN está limitada principalmente por los siguientes dos aspectos: el consumo máximo de energía permitido cuando el tubo está encendido; La tensión inversa máxima que puede soportar el tubo cuando se corta, es decir, la tensión de ruptura inversa. Si el interruptor excede estos límites cuando está funcionando, el primero hará que la temperatura en el tubo suba demasiado y se queme; Este último provocará una ruptura por avalancha en la Zona I. Está determinado por la potencia de señal de microondas más pequeña permitida en el estado de encendido y apagado del interruptor. Efectos no lineales a alta potencia (IIP3

También es un factor importante en la potencia del conmutador, especialmente en las estaciones base de comunicaciones móviles.

Requisitos del conductor: El circuito del controlador del interruptor del tubo PIN y el interruptor FET es diferente, el primero debe proporcionar polarización actual, el último requiere polarización, el controlador es bueno o malo es uno de los principales factores que afectan la velocidad de conmutación.

Velocidad de conmutación: se refiere a la velocidad de encendido y apagado, que es un indicador muy importante en dispositivos rápidos. La ecuación actual en la zona I se puede enumerar de la siguiente manera:

La velocidad de conmutaciónse aumenta al orden de ns, generalmente usando un tubo PIN con una capa muy delgada I, porque la cantidad de portadores almacenados en la capa delgada I es pequeña y el tiempo de conmutación se acorta considerablemente, en este caso, el tiempo de conmutación básicamente depende de que el portador cruce el tiempo de la capa I y no tiene nada que ver con la vida útil del portador. Para mejorar la velocidad de conmutación, también se puede seleccionar la tubería con una vida útil corta para aumentar la amplitud del pulso de la corriente de control, pero esta última está limitada por la potencia máxima del tubo PIN y el voltaje de ruptura inversa.

Relación de onda estacionaria de voltaje (VSWR):Cualquier componente en el canal de señal de alta frecuencia no solo causará pérdida de inserción sino que también provocará un aumento en las ondas estacionarias en la línea de transmisión de señal. Las ondas estacionarias se forman por la interferencia de ondas electromagnéticas transmitidas y reflejadas, que a menudo es causada por desajustes de impedancia en diferentes partes del sistema o desajustes de impedancia en los puntos de conexión del sistema.

Relación de conmutación:Cuando un tubo PIN no considera los parámetros parásitos del paquete, su estado directo se puede expresar mediante la resistencia directa R1, y el estado inverso se puede expresar mediante la resistencia en serie inversa R2 y la reactancia capacitiva de capa I jXc, en serie. . Debido a > R2, por lo que el estado inverso se puede aproximar mediante jXc, llamamos a la relación de impedancia positiva y negativa de los dos estados Xc/R1 como la relación de conmutación, para medir las ventajas y desventajas del interruptor PIN. Si se va a aumentar la relación de conmutación, entonces C y R2 deben ser relativamente pequeños, y se puede ver que el rendimiento de conmutación disminuye cuando se aumenta la frecuencia.

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