普通的二极管由PN结组成。在P和N半导体材料之间加入一薄层低掺杂的本征（Intrinsic）半导体层，组成的这种P-I-N结构的二极管就是PIN 二极管。正因为有本征（Intrinsic）层的存在，PIN 二极管应用很广泛，从低频到高频的应用都有，主要用在RF领域，用作RF 开关和RF保护电路，也有用作光电二极管（PhotoDiode）。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管在直流正-反偏压下呈现近似导通或断开的阻抗特性，实现了控制微波信号通道转换作用。 PIN 二极管的直流伏安特性和PN结二极管是一样的，但是在微波频段却有根本的差别。由于PIN 二极I层的总电荷主要由偏置电流产生。而不是由微波电流瞬时值产生，所以其对微波信号只呈现一个线性电阻。此阻值由直流偏置决定，正偏时阻值小，接近于短路，反偏时阻值大，接近于开路。因此PIN 二极对微波信号不产生非线性整流作用，这是和一般二极管的根本区别，所以它很适合于做微波控制器件。
因此，可以把PIN二极管作为可变阻抗元件使用。它常被应用于高频开关（即微波开关）、移相、调制、限幅等电路中。
工作原理
因为 PIN二极管的射频电阻与直流偏置电流有关，所以它可以用作为射频开关和衰减器。串联射频开关电路：当二极管正偏时，即接通（短路）；当二极管零偏或者反偏时，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，如PIN管就不能控制直流或低频信号的通断。受管子截止频率的影响，开关还有一个上限工作频率。要求开关的频带尽量宽，因为信号源的频带越来越宽。
特性
加负电压（或零偏压）时，PIN管等效为电容+电阻；加正电压时，PIN管等效为小电阻。用改变结构尺寸及选择PIN二极管参数的方法，使短路的阶梯脊波导的反射相位（基准相位）与加正电压的PIN管控制的短路波导的反射相位相同。还要求加负电压（或0偏置）的PIN管控制的短路波导的反射相位与标准相位相反（-164°～+164°之间即可）。
图1给出了PIN二极管在正向导通时的电荷分布情况。为简化起见，我们假设I区域中电子与空穴分布对称且分布密度相同。设x=－d处的空穴分布密度为p1，在[－d,0]区域中的剩余空穴电荷为q2，且位于x=－d/2处，这样此区域的平均空穴密度为：p2=q2/qAd.这里A为结面积，q为单位电荷。
图1 PIN二极管的电荷分布
由于P+区域的空穴密度远大于电子密度，这样在x=－d处的电子电流可以忽略（所引起的误差将在下文讨论）。二极管的电流密度可以表示为[9]
其中 Da为扩散常数；Jh为空穴电流密度。
二极管的电流为
电荷q2与电流的关系式为
其中 τa为寿命时间。
式（2）及式（3）描述了二极管的模型，通过定义qE=2q1， qM=2q2及T=d2/2Da，两式可简化为
图2表示了在感性负载时二极管的关断过程。此过程可分为两个阶段：从t=T0到t=T1，二极管处于低阻抗状态，其电压近似为0，在t=T1时刻，二极管中I区域边缘的剩余电荷变为0，二极管开始呈现高阻抗状态。在式（4）、（5）中令qE=0可得t=T1时刻后二极管的电流为
其中 τ？rr由式（7）给出，I?rr为反向恢复电流峰值。
图2 反向恢复电流波形
一般情况下，t?rr、I?rr及测试条件di/dt、I?FM均在器件的产品手册上列出。根据式（6）及测试条件，τ？rr可由下式获得
其中 a=－di/dt.
根据图2所示的反向电流波形，qM在t≤T1阶段的表达式为
当t=T1时，i（T1）=－I?rr=－qM（T1）/T，代入上式得式（10），τa可由此式解出
然后参数T可由τa、T及τ？rr的关系式（7）算出。
从以上的讨论可以看出，该模型的参数可以方便地从产品手册中得到：首先由式（8）计算τ？rr，再从式（10）解得τa，最后由式（7）决定参数T。
考虑参数
1. 插入损耗：开关在导通时衰减不为零，称为插入损耗
2. 隔离度：开关在断开时其衰减也非无穷大，称为隔离度
3. 开关时间： 由于电荷的存储效应，PIN管的通断和断通都需要一个过程，这个过程所需时间
4. 承受功率： 在给定的工作条件下，微波开关能够承受的最大输入功率
5. 电压驻波系数： 仅反映端口输入，输出匹配情况
6. 视频泄漏
7. 谐波： PIN二极管也具有非线性，因而会产生谐波，PIN开关在宽带应用场合，谐波可能落在使用频带内引起干扰。 开关分类：反射式和吸收式， 吸收式开关的性能较反射式开关优良。
该内容是云汉芯城小编通过网络搜集资料整理而成，如果你还想了解更多关于电子元器件的相关知识及电子元器件行业实时市场信息，敬请关注微信公众号 【云汉芯城】。
（免责声明：素材来自网络，由云汉芯城小编搜集网络资料编辑整理，如有问题请联系处理！）
网友评论