PIN二極管在射頻增益控制電路中的作用

PIN二極管是一種在普通二極管的PN結(jié)中間加入了一層薄的低濃度摻雜的征半導(dǎo)體，因?yàn)橛羞@層薄的低摻雜的本征半導(dǎo)體 （I區(qū)）的存在使它在射頻電路中表現(xiàn)出與普通二極管的不一樣的特性，既對(duì)射頻信號(hào)只呈現(xiàn)線性電阻的作用。在DFIOOA型發(fā)射機(jī)的射頻增益控制放大器電路中我們主要應(yīng)用其阻抗變化的特性來達(dá)到簡(jiǎn)化設(shè)備，提高設(shè)備可靠性的目的。

1. PIN二極管的特性

PIN二極管由圖1可以看出是在PN結(jié)之間加入了一個(gè)I區(qū)，在這個(gè)I區(qū)是在本征導(dǎo)體的基礎(chǔ)上加了低濃度的N型或者P型雜質(zhì)。由于摻雜濃度低，它的載流子少不能提供電流，因此I區(qū)呈現(xiàn)出近乎絕緣的特性。

圖1 PIN二極管簡(jiǎn)圖

1.1 直流工作狀態(tài)

直流狀態(tài)：當(dāng)無外加電壓時(shí)PIN二極管因?yàn)镮區(qū)由于耗盡層的存在呈現(xiàn)高阻抗特性。當(dāng)給PIN二極管提供正向偏置電壓時(shí)，P區(qū)和N區(qū)的載流子進(jìn)入I區(qū)，并在I區(qū)中復(fù)合，但由于I區(qū)中摻雜濃度低，不會(huì)像PN結(jié)二極管中一樣立即復(fù)合，經(jīng)過有一定的延遲時(shí)間后達(dá)到電流穩(wěn)定狀態(tài)，而I區(qū)中有一定的載流子的存在電阻就會(huì)降低呈現(xiàn)低阻抗?fàn)顟B(tài)。當(dāng)外加反向偏置電壓時(shí)，由于本己存在的內(nèi)建電場(chǎng)得到加強(qiáng)，使得空間電荷區(qū)變寬，此時(shí)的PIN二極管類似于一個(gè)電阻串聯(lián)一個(gè)電容。

1.2 射頻工作狀態(tài)

射頻狀態(tài)：對(duì)于同一類型的PIN二極管當(dāng)外加低頻信號(hào)時(shí)，由于頻率較低載流子在I區(qū)的渡越時(shí)間較短可以忽略不計(jì)，其呈現(xiàn)出與普通二極管一樣的特性，對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行整流等與PN二極管相同的作用。當(dāng)信號(hào)頻率升高到一定程度，載流子在I區(qū)中的渡越時(shí)間相對(duì)于信號(hào)周期不能忽略不計(jì)。信號(hào)在正負(fù)半周交替時(shí)，載流子從I區(qū)兩側(cè)同時(shí)注入，擴(kuò)散的時(shí)間還未達(dá)到完全復(fù)合時(shí)，外部信號(hào)周期已經(jīng)由正變負(fù)，載流子在I區(qū)中的復(fù)合作用而減少，但由于載流子在I區(qū)中的存在時(shí)間大于信號(hào)的半周期，所以載流子還沒有完全復(fù)合外加信號(hào)又由負(fù)變正，因而I區(qū)中始終存在一部分載流子，使得PIN二極管始終不能像普通二極管一樣達(dá)到截至狀態(tài)，而對(duì)于高頻信號(hào)來說更像是一種線性原件。

從上面PIN二極管在直流和射頻狀態(tài)的特性可以看出；利用這一特性，可以在DF100A型發(fā)射機(jī)射頻增益控制電路中，用于衰減信號(hào)來保護(hù)和調(diào)整發(fā)射機(jī)狀態(tài)。

2. PIN二極管在射頻增益控制電路中的作用

2.1 射頻增益控制電路

為保證DF100A型發(fā)射機(jī)的發(fā)射狀態(tài)和設(shè)備安全，必須使用手動(dòng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)來對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，射頻增益控制放大器就是其中之一。運(yùn)用PIN二極管在有直流偏置電流時(shí)，其阻抗也隨之成反比改變的原理，在需要短路射頻信號(hào)時(shí)使其阻抗變小來達(dá)到衰減信號(hào)的作用。實(shí)際電路中選用兩級(jí)直流放大共射級(jí)放大器Q1和共集電極放大器Q2組成的電路來為PIN二極管提供直流偏置電流。電路中第一級(jí)放大器Q1的基級(jí)電位由R1， R13及射頻增益控制電位器6A4和光電耦合器U1， U2電路決定，Q2的基級(jí)電位由R2、R3和Q1的Uce決定。Q1基級(jí)接在R1、R13 和6R4串聯(lián)電路中的R1和R13之間，U1和02電路也接于此。

射頻信號(hào)經(jīng)R15、R16和L2組成的濾波網(wǎng)絡(luò)通過耦合電容C6送到三極管Q3基級(jí)，共射級(jí)三極管Q3和共集電極三極管Q4組成的放大電路進(jìn)行放大，另外一部分通過耦合電容C5送入PIN二極管的正向端，Q2的發(fā)射級(jí)通過射頻濾波電路也接在PIN二極管正向端。

2.2 射頻控制電路中PIN二極管工作原理

當(dāng)調(diào)整6R4減小時(shí)，Q1基級(jí)偏置電位變小使得Q2基級(jí)偏置電位升高，Q2的輸出電流增大，由于Q2輸出電流是PIN二極管的直流偏置電流，此時(shí)PIN二極管的射頻阻抗減小，射頻激勵(lì)信號(hào)就會(huì)通過耦合電容C5和PIN二極管接地，相應(yīng)的Q3的輸入變?。悍粗?R4增大Q2的輸出電流減小，PIN二極管的射頻阻抗增大，Q3的輸入信號(hào)就會(huì)變大；從上述變化看出可以達(dá)到手動(dòng)控制射頻信號(hào)的目的。自動(dòng)控制部分由于高前陰流和高末柵流取樣送來的直流負(fù)電壓分別接到光電耦合器U1， U2中發(fā)光二極管的負(fù)端（2腳），發(fā)光二極管正端接地。當(dāng)有高前陰流或高末柵流過流時(shí)直流負(fù)電壓將更低則發(fā)光二極管發(fā)光，光電耦合器中的三極管導(dǎo)通從而改變Q1的基級(jí)電位，使得截至，Q2隨之增大，PIN二極管CR1正向偏置射頻阻抗減小，射頻激勵(lì)信號(hào)也就被衰減。

3. 結(jié)語

從上所述可以看出，無論是在手動(dòng)還是自動(dòng)控制射頻增益，都是通過應(yīng)用PIN二極管在直流偏置時(shí)阻抗變化的特性來間接實(shí)現(xiàn)，從而避免信號(hào)干擾。