Ответы на вопросы
p-i-n диоды (переключательные, ограничительные)
p-i-n диоды широко используются для управления уровнем и фазой СВЧ-сигналов, для коммутации и стабилизации СВЧ-мощности в линиях передач, для защиты радиотехнической аппаратуры от случайных СВЧ -импульсов. Переключательные диоды используются в переключательных устройствах, модуляторах, фазовращателях, аттенюаторах, а ограничительные – в устройствах ограничения и управления мощностью, защиты входных приемников.
Достоинства:
Так как в переключателях на основе p-i-n диода используется принцип отражения, а не поглощения, в самом диоде поглощается небольшая часть мощности, что позволяет даже маломощному прибору управлять относительно большими уровнями мощности, значительно превышающими его допустимую мощность рассеяния.
Переключатели на p-i-n диодах устойчивы в работе и имеют малые потери на СВЧ.
Недостатки:
Отсутствие усиления
Наличие эффекта накопления заряда
Современные образцы:
Переключательный СВЧ PIN-диод, 2(К)537А
Характеристики: Пробивное напряжение – 600 В, Рассеиваемая мощность – 20 Вт, Общая ёмкость – 3 пФ, Накопленный заряд (Qнк/Iпр) - 400-1000/100 Нк/мА, Прямое сопротивление (mp/Iпр) - 0,5/100 Ом/мА.
Ограничительный СВЧ PIN-диод, 2(К)А550А-5
Характеристики: Пробивное напряжение – 100-180 В, Рассеиваемая мощность – 5 Вт, Общая ёмкость – 0,2-0,6 пФ, Накопленный заряд (Qнк/Iпр) - 0,3-1,0/20 Нк/мА, Прямое сопротивление (mp/Iпр) - 0,6-1,0/100 Ом/мА.
Структура прибора
p-i-n диод состоит из трёх областей:
p и n области как правило легируются сильно, так как они часто используются для омического контакта к металлу. Между сильнолегированными областями находится нелегированная i-область, которая делает p-i-n диод плохим выпрямителем, но, с другой стороны, это позволяет использовать его в аттенюаторах и быстрых переключателях
Принцип действия:
p-i-n диод это разновидность диода, в котором между областями электронной и дырочной проводимости находится собственный нелегированный полупроводник i- область. p-i-n диод – плохой выпрямитель из за широкой i-области.
При работе в режиме сильной инжекции, проявляются качества p-i-n диода, когда i-область заполняется носителями заряда из сильнолегированных n- и p-областей, к которым прикладывается прямое смещение напряжение. Из-за того, что в и области очень низкая концентрация носителей заряда, там практически отсутствуют процессы рекомбинации во время инжекции, но в режиме прямого смещения, концентрация носителей заряда на несколько порядков превышает собственную концентрацию. Уменьшение концентрации носителей в i-области приводит к увеличению сопротивления i-области и всего диода. , поэтому его можно использовать в качестве мощного выпрямительного диода, у которого должны быть малое прямое и большое обратное, сопротивления.
На низких частотах p-i-n диод сравним с обычным диодом.
А на высоких частотах p-i-n диод ведет себя практически как идеальный резистор – его ВАХ линейна (даже для очень большого напряжения).
На высоких частотах в и области находится большое количество накопленного заряда, который позволяет диоду работать. На низких частотах заряд в i-области рекомбинирует и диод выключается. В p-i-n диоде высокочастотное сопротивление обратно пропорционально постоянному току, протекающему через него (Дифференциальное сопротивление при изменении знака напряжения изменяется на несколько порядков). Таким образом можно варьировать сопротивление в широких пределах (0,1Ом-10кОм), минуя постоянную составляющую тока.
Большая ширина i-области также означает, что p-i-n диод имеет небольшую емкость при обратном смещении. емкость, при изменении знака напряжения изменяется незначительно, поэтому возможно использование p-i-n диодов в СВЧ схемах с колебательными системами
Сравнение с другими аналогичными приборами:
В сравнении с обычным p-n переходом:
Удельная емкость p-i-n структур значительно меньше, чем у p-n переходов, что позволяет увеличивать площадь структур, а значит, и повышать предельно допустимую рассеиваемую мощность прибора. По этой же причине пробивное напряжение p-i-n структур может составлять от сотни вольт до единицы киловольт.
В сравнении с детекторным диодом:
ВАХ p-i-n диодов имеет более резистивный характер, что логично ввиду наличия низколегированной i-области. По этой же причине увеличение прямого тока начинается при больших напряжениях, а пробой наступит позже.
