pin二极管 PIN型二极管基础知识

普通二极管由PN结组成。在P和N半导体材料之间增加一层低掺杂的薄本征半导体层，这种P-I-N结构的二极管称为PIN二极管。由于本征层，PIN二极管被广泛使用，从低频到高频，主要用于射频领域，作为射频开关和射频保护电路，也用作光电二极管。PIN二极管包括PIN光电二极管和PIN开关二极管。

微波开关利用PIN管在DC正反向偏置电压下近似导通或截止的阻抗特性，实现对微波信号通道转换的控制。PIN二极管的DC伏安特性与PN结二极管相同，但在微波波段有根本区别。因为PIN二极管I层的总电荷主要由偏置电流产生。但不是微波电流的瞬时值，所以对微波信号只呈现线性电阻。电阻由DC偏置决定，正向偏置小，接近短路，反向偏置大，接近开路。因此PIN二极管对微波信号没有非线性整流效应，与普通二极管有着根本的区别，因此适用于微波控制器件。

因此，PIN二极管可以用作可变阻抗元件。常用于高频开关、移相、调制、限幅等电路。

工作原理

由于PIN二极管的射频电阻与DC偏置电流有关，因此可以用作射频开关和衰减器。串联射频开关电路:二极管正向偏置时导通(短路)；当二极管零偏或反偏时，不仅开关的最高工作频率会受到限制，最低工作频率也会受到限制。例如，PIN管不能控制DC或低频信号的开关。受管道截止频率的影响，开关也有一个较高的工作频率。开关的频带要求越宽越好，因为信号源的频带越来越宽。

特征

施加负电压(或零偏压)时，PIN管相当于电容+电阻；当施加正电压时，PIN管相当于一个小电阻。通过改变结构尺寸和选择PIN二极管的参数，短路阶梯脊波导的反射相位(参考相位)与正电压PIN晶体管控制的短路波导相同。还要求负电压(或零偏)PIN管控制的短路波导的反射相位与标准相位(-164 ~+164)相反。

图1显示了正向导通时PIN二极管的电荷分布。为了简化，我们假设电子和空空穴在I区的分布是对称的，分布密度相同。设x =-d处空空穴的分布密度为p1，[-d，0]区域空空穴的剩余电荷为q2，q2位于x =-d/2处，所以该区域空空穴的平均密度为p2=q2/qAd

图1 PIN二极管的电荷分布

由于P+区空的空穴密度远大于电子密度，所以x =-d处的电子电流可以忽略(误差在后面讨论)。二极管的电流密度可以表示为[9]

其中Da为扩散常数；Jh为空的电流密度。

二极管电流为

电荷q2和电流之间的关系是

其中τa为寿命。

等式(2)和等式(3)描述了二极管模型。通过定义qE=2q1，qM=2q2和T=d2/2Da，这两个方程可以简化如下

图2显示了电感负载下二极管的关断过程。这个过程可以分为两个阶段:从t=T0到t=T1，二极管处于低阻抗状态，其电压约为0。在t=T1时，二极管中I区边缘的剩余电荷变为0，二极管开始呈现高阻态。在等式(4)和(5)中，如果qE=0，t=T1后的二极管电流为

哪里τ？Rr由公式(7)给出，I？Rr是反向恢复电流的峰值。

图2反向恢复电流波形

正常情况下t？我？Rr和测试条件di/dt，I？Fms列在设备的产品手册中。根据公式(6)和试验条件，τ？Rr可以通过以下公式获得