Was sind die Prinzipien und Anwendungen von PIN-Dioden? (Teil 2)

Eine gemeinsame Diode besteht aus einem PN-Übergang. Bei einer PIN-Diode handelt es sich um eine PIN-Diode, bei der zwischen den P- und N-Halbleitermaterialien eine dünne Schicht eines intrinsischen Halbleiters mit niedriger Dotierung hinzugefügt wird. Aufgrund der intrinsischen Schicht werden PIN-Dioden häufig verwendet, von Niederfrequenz- bis hin zu Hochfrequenzanwendungen, hauptsächlich im HF-Bereich, als HF-Schalter und HF-Schutzschaltungen sowie als Fotodioden. Die PIN-Diode umfasst eine PIN-Fotodiode und eine PIN-Schaltdiode.Machen Sie mit 1.

3. PIN-Diode als HF-Schalter

①Funktionsprinzip

Da der HF-Widerstand der PIN-Diode mit dem DC-Vorspannungsstrom zusammenhängt, kann sie als HF-Schalter und Dämpfungsglied verwendet werden. Serien-HF-Schaltkreis: Wenn die Diode positiv vorgespannt ist, ist sie eingeschaltet (Kurzschluss); Wenn die Diode auf Null oder in Sperrrichtung vorgespannt ist, kann die Bandbreite geändert werden: Nicht nur die höchste Betriebsfrequenz des Schalters wird begrenzt, sondern auch die niedrigste Betriebsfrequenz wird begrenzt, da die PIN-Röhre diese nicht steuern kann Ein-Aus von DC- oder Niederfrequenzsignalen. Der Schalter verfügt außerdem über eine obere Betriebsfrequenz, die von der Grenzfrequenz der Röhre beeinflusst wird. Das Frequenzband des Schalters muss so breit wie möglich sein①, da das Frequenzband der Signalquelle immer breiter wird.

②Leistungsparameter

Einfügungsdämpfung und Isolation: Die Einfügungsdämpfung ist definiert als die maximal verfügbare Leistung P, die von der Signalquelle erzeugt wird.

Das Verhältnis der tatsächlichen Leistung P zur Last, das bei eingeschaltetem Schalter erhalten wird, d. h. P/P. Wenn die tatsächliche Leistung der Last bei ausgeschaltetem Schalter P beträgt, stellt sie die Isolation dar, geschrieben in Dezibel:

Gemäß der Definition der Netzwerkstreuparameter gibt es:

Für den idealen Schalter:Im ausgeschalteten Zustand ist die Dämpfung unendlich, im eingeschalteten Zustand ist die Dämpfung Null und das Verhältnis beider kann im Allgemeinen nur so groß wie möglich sein. Da die Impedanz der PIN-Röhre weder auf Null reduziert noch auf unendlich erhöht werden kann, hat der eigentliche Schalter beim Trennen keine unendliche Dämpfung und beim Einschalten ist er nicht Null, sondern im Allgemeinen nur das Verhältnis Die Ein-Aus-Dämpfung des Schalters wird als Einfügungsdämpfung bezeichnet, und die Dämpfung beim Trennen wird als Isolation bezeichnet. Einfügungsdämpfung und Isolation sind ein grundlegender Indikator für die Messung der Qualität des Schalters. Ziel ist es, Schalter mit geringen Einfügungsverlusten und hoher Isolation zu entwerfen.

Leistungskapazität:Die sogenannte Leistungskapazität des Schalters bezieht sich auf die maximale Mikrowellenleistung, die er aushalten kann. Die Leistungskapazität der PIN-Diode wird hauptsächlich durch die folgenden zwei Aspekte begrenzt: die maximal zulässige Leistungsaufnahme, wenn die Röhre eingeschaltet ist; Die maximale Sperrspannung, der die Röhre standhalten kann, wenn sie abgeschaltet ist, also die Sperrdurchbruchspannung. Wenn der Schalter diese Grenzwerte im Betrieb überschreitet, führt ersterer dazu, dass die Temperatur in der Röhre zu stark ansteigt und brennt. Letzteres führt zu einem Lawinendurchbruch in Zone I. Dies wird durch die geringere Mikrowellensignalleistung bestimmt, die im Ein- und Ausschaltzustand des Schalters zulässig ist. Nichtlineare Effekte bei hoher Leistung (IIP3

Es ist auch ein wichtiger Faktor für die Leistung des Schalters, insbesondere in Basisstationen für die Mobilkommunikation.

Treiberanforderungen: Die Treiberschaltung des PI N-Röhrenschalters und des FET-Schalters ist unterschiedlich. Ersterer muss eine Stromvorspannung bereitstellen, letzterer erfordert eine Vorspannung. Ob der Treiber gut oder schlecht ist, ist einer der Hauptfaktoren, die die Schaltgeschwindigkeit beeinflussen.

Schaltgeschwindigkeit: Bezieht sich auf die Geschwindigkeit des Ein- und Ausschaltens, die bei schnellen Geräten ein sehr wichtiger Indikator ist. Die aktuelle Gleichung in Zone I kann wie folgt aufgeführt werden:

Die Schaltgeschwindigkeitwird auf die Größenordnung von ns erhöht, normalerweise unter Verwendung einer PIN-Röhre mit einer sehr dünnen Schicht I, da die Anzahl der in der dünnen Schicht I gespeicherten Ladungsträger gering ist und die Schaltzeit stark verkürzt wird, in diesem Fall die Schaltzeit im Grunde hängt von der Zeit ab, in der der Träger die I-Schicht durchquert, und hat nichts mit der Lebensdauer des Trägers zu tun. Um die Schaltgeschwindigkeit zu verbessern, kann auch die Röhre mit kurzer Trägerlebensdauer ausgewählt werden, um die Impulsamplitude des Steuerstroms zu erhöhen, letztere ist jedoch durch die maximale Leistung der PIN-Röhre und die Sperrdurchbruchspannung begrenzt.

Spannungs-Stehwellenverhältnis (VSWR):Jede Komponente im Hochfrequenzsignalkanal verursacht nicht nur Einfügungsverluste, sondern auch eine Zunahme stehender Wellen auf der Signalübertragungsleitung. Stehende Wellen entstehen durch die Interferenz von gesendeten und reflektierten elektromagnetischen Wellen, die häufig durch Impedanzfehlanpassungen in verschiedenen Teilen des Systems oder Impedanzfehlanpassungen an Verbindungspunkten im System verursacht wird.

Schaltverhältnis:Wenn eine PIN-Röhre die parasitären Parameter des Gehäuses nicht berücksichtigt, kann ihr Vorwärtszustand durch den Vorwärtswiderstand R1 und der Rückwärtszustand durch den Rückwärtsserienwiderstand R2 und die kapazitive I-Schicht-Reaktanz jXc in Reihe ausgedrückt werden . Da > R2 der umgekehrte Zustand durch jXc angenähert werden kann, nennen wir das Verhältnis der positiven und negativen Impedanz der beiden Zustände Xc/R1 als Schaltverhältnis, um die Vor- und Nachteile des PIN-Schalters zu messen. Soll das Schaltverhältnis erhöht werden, müssen C und R2 relativ klein sein, und es ist ersichtlich, dass die Schaltleistung mit zunehmender Frequenz abnimmt.

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