pin 二极管

一种在光通信中普遍使用的光电二极管

pin二极管，通信术语，是一种在光通信中普遍使用的光电二极管。PIN二极管作为一种特种微波半导体元件，广泛应用于微波和射频电路的设计中，具有许多优良的特点，例如：开关速度快、可控功率大、损耗低、反向击穿电压高等。另外，PIN二极管无论被正向或者反向偏置均可得到类似于短路与开路。因而，PIN二极管已经成为各种电子设备中的重要组成部分。

产品信息

PIN二极管属于可变阻抗器，它需要通过一定的频率范围来完成工作任务；从应用范围来看，主要应用于射频、UHF、微波电路之中；从控制方面来看，则可以通过直流电流对阻抗值加以控制（要求两端共同作用完成控制）；从特征上来看，它具备自身客观性的独立特异性、性质比较鲜明，比如，偏置电流小、控制射频功率大就非常引人注意。

原理

PIN二极管是两端半导体器件，其结构不同于普通二极管的地方主要是在重掺杂的P区和N区中间夹一层本征层(即I层)。在其两端施加不同的直流电，PIN管本征层(I层)的载流子数目会发生变化。在反向偏置时，I区将导致极高的二极管击穿电压，而器件电容是通过增大P区和N区的距离来减小的，在正向偏置时，I区的电导率是由末端区植入电荷来控制的。这种二极管是一种低失真的偏流控制电阻器，且具有良好的线性性能。PIN二极管的直流伏安特性和PN结二极管是一样的，但是在微波段却有本质的差别。由于PIN二极管I层的总电荷主要是由偏置电流决定的，而不是微波电流瞬时值产生的所以对微波信号只呈现一个线性电阻。该阻值由直流偏置决定，正偏时阻抗很小，接近短路；反偏时很大，接近开路。因此，PIN二极管对微波信号不产生非线性整流作用，这是和普通二极管的根本区别。

特性

1、直流工作状态

当无外加电压时，PIN二极管因为I区由于耗尽层的存在呈现高阻抗特性。当给PIN二极管提供正向偏置电压时，P区和N区的载流子进入I区，并在I区中复合，但由于I区中掺杂浓度低，不会像PN结二极管中一样立即复合，经过有一定的延迟时间后达到电流稳定状态，而I区中有一定的载流子的存在电阻就会降低呈现低阻抗状态。当外加反向偏置电压时，由于本已存在的内建电场得到加强，使得空间电荷区变宽，此时的PIN二极管类似于一个电阻串联一个电容。

2、射频工作状态

对于同一类型的PIN二极管当外加低频信号时，由于频率较低载流子在I区的渡越时间较短可以忽略不计，其呈现出与普通二极管一样的特性，对低频信号进行整流等与PN二极管相同的作用。当信号频率升高到一定程度，载流子在I区中的渡越时间相对于信号周期不能忽略不计。信号在正负半周交替时，载流子从I区两侧同时注入，扩散的时间还未达到完全复合时，外部信号周期已经由正变负，载流子在I区中的复合作用而减少，但由于载流子在I区中的存在时间大于信号的半周期，所以载流子还没有完全复合外加信号又由负变正，因而I区中始终存在一部分载流子，使得PIN二极管始终不能像普通二极管一样达到截至状态，而对于高频信号来说更像是一种线性原件。

从上面PIN二极管在直流和射频状态的特性可以看出：利用这一特性，可以在DF100A型发射机射频增益控制电路中，用于衰减信号来保护和调整发射机状态。

应用

开关电路设计

由于PIN二极管可以根据不同的射频微波信号表现出不同阻抗特性，因此，利用直流电平信号对射频微波信号进行控制，从而控制PIN二极管的阻抗，实现电路开关的功能。实际中，PIN二极管用作射频开关均会产生一定的电抗和损耗电阻，应用中要求将降低这些影响。

衰减电路设计

衰减器的主要作用是探知系统插损的电路，例如Pi型T型插损探知衰减电路，电阻网络即可作为简单的衰减器。衰减器在射频电路中广泛使用，不仅可以隔离两个放大级，而且可以通过对衰减器的控制从而达到信道APC和AGC的功能。

将两个相同的PIN二极管串联，相当于衰减模型的串联电阻，这样使得衰减电路的动态范围明显增加，偶次失真被消除。另外，也简化了匹配和偏置电路，但是也增加了插入电路的耗损。在此电路中，控制衰减电压幅度，可以实现控制射频信号的衰减。

调制电路设计

PIN二极管对于射频信号可以表现出不同的衰减程度，可以利用这一特性设计出AM调制电路。由RF或微波单频信号等射频载波信号以及低频调制信号（一般在DC-10MHz范围内）共同完成其调制过程。PIN二极管偏置电流由低频调制信号进行控制，通过PIN二极管的载波幅度大小的变化而产生调制波形。

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