Quais são os princípios e aplicações dos diodos PIN? (Parte 2)

Um diodo comum consiste em uma junção PN. Um diodo PIN é um diodo PIN adicionando uma fina camada de semicondutor intrínseco de baixa dopagem entre os materiais semicondutores P e N. Devido à existência da camada intrínseca, os diodos PIN são amplamente utilizados, desde aplicações de baixa frequência até aplicações de alta frequência, usados ​​principalmente no campo de RF, como interruptores de RF e circuitos de proteção de RF, e também usados ​​como fotodiodos. O diodo PIN inclui fotodiodo PIN e diodo de comutação PIN.Faça parte 1.

3. Diodo PIN como chave de RF

①Princípio de funcionamento

Como a resistência de RF do diodo PIN está relacionada à corrente de polarização DC, ele pode ser usado como um interruptor e atenuador de RF. Circuito de comutação de RF série: quando o diodo é polarizado positivamente, ele é ligado (curto-circuito); Quando o diodo é polarizado em zero ou polarizado reversa, a largura de banda pode ser alterada: não apenas a frequência operacional mais alta do switch será limitada, mas também a frequência operacional mais baixa será limitada, como o tubo PIN não pode controlar o on-off de DC ou sinais de baixa frequência. A chave também possui uma frequência operacional superior, que é afetada pela frequência de corte do tubo. A banda de frequência do switch deve ser a mais ampla possível① porque a banda de frequência da fonte do sinal está ficando cada vez mais ampla.

②Parâmetro de desempenho

Perda de inserção e isolamento: A atenuação de inserção é definida como a potência máxima disponível P gerada pela fonte de sinal.

A relação entre a potência real P e a carga obtida quando o interruptor está ligado, ou seja, P/P. Se a potência real da carga quando a chave é desligada for P, ela representa o isolamento, escrito na forma de decibéis:

De acordo com a definição dos parâmetros de dispersão da rede, existem:

Para o interruptor ideal:a atenuação é infinita quando é desconectada, a atenuação é zero quando é ligada e a relação entre os dois geralmente só pode ser exigida para ser a maior possível. Como a impedância do tubo PIN não pode ser reduzida a zero, nem aumentada ao infinito, a chave real não tem atenuação infinita quando é desconectada e não é zero quando é ligada, geralmente apenas a relação dos dois deve ser o maior possível, a atenuação on-off do switch é chamada de perda de inserção, e a atenuação quando é desconectada é chamada de isolamento, perda de inserção e isolamento é um indicador básico de medição da qualidade do switch. O objetivo é projetar chaves com baixas perdas de inserção e alta isolação.

Capacidade de energia:A chamada capacidade de potência do interruptor refere-se à potência máxima de micro-ondas que ele pode suportar. A capacidade de potência do diodo PIN é limitada principalmente por dois aspectos: o consumo máximo de potência permitido quando a válvula é ligada; A tensão reversa máxima que o tubo pode suportar quando é cortada, ou seja, a tensão de ruptura reversa. Se o interruptor exceder esses limites durante o trabalho, o primeiro fará com que a temperatura no tubo suba muito e queime; Este último causará uma avalanche na Zona I. É determinado pela menor potência do sinal de micro-ondas permitida no estado ligado e desligado do interruptor. Efeitos não lineares em alta potência (IIP3

Também é um fator importante na potência do switch, especialmente em estações base de comunicação móvel.

Requisitos do motorista: O circuito do driver do interruptor do tubo PIN e do interruptor FET é diferente, o primeiro precisa fornecer polarização de corrente, o segundo requer polarização, o driver é bom ou ruim é um dos principais fatores que afetam a velocidade de comutação.

Velocidade de comutação: refere-se à velocidade de ligar e desligar, que é um indicador muito importante em dispositivos rápidos. A equação atual na zona I pode ser listada da seguinte forma:

A velocidade de comutaçãoé aumentado para a ordem de ns, geralmente usando um tubo PIN com uma camada I muito fina, porque o número de portadoras armazenadas na camada fina I é pequeno e o tempo de comutação é muito reduzido, neste caso, o tempo de comutação basicamente depende do tempo de passagem da portadora na camada I, e não tem nada a ver com a vida útil da portadora. Para melhorar a velocidade de comutação, o tubo com vida útil curta também pode ser selecionado para aumentar a amplitude do pulso da corrente de controle, mas o último é limitado pela potência máxima do tubo PIN e pela tensão de ruptura reversa.

Relação de onda estacionária de tensão (VSWR):Qualquer componente no canal de sinal de alta frequência não apenas causará perda de inserção, mas também causará um aumento nas ondas estacionárias na linha de transmissão de sinal. As ondas estacionárias são formadas pela interferência de ondas eletromagnéticas transmitidas e refletidas, que geralmente são causadas por incompatibilidades de impedância em diferentes partes do sistema ou incompatibilidades de impedância em pontos de conexão no sistema.

Taxa de comutação:Quando um tubo PIN não considera os parâmetros parasitas do pacote, seu estado direto pode ser expresso pela resistência direta R1, e o estado reverso pode ser expresso pela resistência em série reversa R2 e a reatância capacitiva da camada I jXc, em série . Devido a > R2, então o estado reverso pode ser aproximado por jXc, chamamos a relação de impedância positiva e negativa dos dois estados Xc/R1 como a relação de comutação, para medir as vantagens e desvantagens do switch PIN. Se a taxa de comutação for aumentada, então C e R2 devem ser relativamente pequenos, e pode ser visto que o desempenho de comutação diminui quando a frequência é aumentada.

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