一文詳解射頻電路的PIN二極管

PIN二極管是射頻電路里的一種重要元件。

PIN二極管與普通二極管的不同之處在于，PIN二極管在PN結(jié)之間，還有一個(gè)未摻雜的本征半導(dǎo)體層，即：I層。

從半導(dǎo)體物理的原理層面來說，理解PIN二極管的特性，對(duì)于無線電技術(shù)來說，沒有太大必要，我們只需要了解，當(dāng)PIN二極管通過正向電流時(shí)，它對(duì)射頻信號(hào)的電阻會(huì)隨著直流電流的增大而減小，而當(dāng)直流電流減小到0時(shí)，它的射頻電阻則會(huì)趨于極大。

PIN二極管因?yàn)槎嗔艘粋€(gè)本征I層，所以，它的結(jié)電容很小，通常在1pF以下。

PIN二極管還有一個(gè)參數(shù)是，特征頻率，對(duì)于大多數(shù)PIN二極管來說，通常是1MHz左右。

PIN二極管，對(duì)高于特征頻率的射頻信號(hào)，表現(xiàn)為一個(gè)電阻，而低于的，表現(xiàn)為像一個(gè)普通整流二極管。

應(yīng)用于射頻系統(tǒng)的PIN二極管主要分兩類：

1、是可變電阻式的。

2、是開關(guān)式的。

實(shí)際上，后者可以理解為前者的特例，即：開關(guān)型PIN二極管只需很小的正向直流電流控制，便可具備極小的射頻電阻。

BRA64和BRA63是市場(chǎng)上常見的PIN二極管，它們的If-Rf特性曲線如下圖所示：

可見，開關(guān)型的BAR63在1mA的正向電流下，射頻電阻僅2歐姆，而BAR64的射頻電阻隨著正向電流在很寬的范圍內(nèi)變化，是個(gè)理想的射頻可變電阻。

下圖是PIN二極管的基本應(yīng)用電路：

圖中，當(dāng)控制電壓VT使PIN二極管導(dǎo)通時(shí)，射頻信號(hào)通道呈現(xiàn)低阻抗?fàn)顟B(tài)，而VT為零或者為負(fù)值時(shí)，二極管截止，射頻通道呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)。

這樣就實(shí)現(xiàn)了射頻開關(guān)或者射頻可變電阻的功能。

然而實(shí)際用PIN二極管設(shè)計(jì)開關(guān)或者衰減器時(shí)，不會(huì)這么簡(jiǎn)單。

而是使用更多的PIN二極管，可以實(shí)現(xiàn)更高的隔離度，或者達(dá)到更寬的衰減器調(diào)節(jié)范圍。

在小信號(hào)狀態(tài)下，普通高頻二極管（如：1N4148）也可以代替PIN二極管實(shí)現(xiàn)射頻開關(guān)的功能。但是PIN二極管不論用做開關(guān)還是衰減器，都可以用不很大的直流電流取控制非常強(qiáng)的射頻信號(hào)（只要不超過PIN功耗的極限）。

PIN二極管獨(dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，尅確保它對(duì)射頻信號(hào)始終表現(xiàn)為一個(gè)線性電阻的性質(zhì)，而開關(guān)型的PIN二極管則智能對(duì)峰值低于它的導(dǎo)通閥值的射頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制。

PIN二極管是射頻電路中常用的元件，但是價(jià)格遠(yuǎn)高于普通二極管，實(shí)際上對(duì)于50MHz以下的應(yīng)用，很多高反壓的低頻小電流整流管是很好的開關(guān)型PIN的代用品。因?yàn)?，這些高反壓二極管本身就是PIN結(jié)構(gòu)的，只是結(jié)電容稍大一些，比如1N4007的結(jié)電容大約是10pF。多數(shù)微玻璃封裝（DO-35）的高反壓結(jié)電容在5pF以下，用于50MHz以下的射頻信號(hào)，毫無問題。
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