Dioda PIN este un fel de diodă , în care între regiunile de conductivitate electronică (n) și orificiu (p) există un semiconductor intrinsec (nedopat, englezesc intrinsec) ( i - regiune). Regiunile p și n tind să fie puternic dopate , deoarece sunt adesea folosite pentru contactul ohmic cu metalul.
Regiunea i largă nedopată face din dioda PIN un redresor slab (o aplicație comună pentru o diodă), dar, pe de altă parte, acest lucru îi permite să fie utilizat în atenuatoare (atenuatoare de semnal), comutatoare rapide, fotodetectoare , precum și în electronica de tensiune.
De regulă, este proiectat să funcționeze în intervalul undelor centimetrice.
Calitățile caracteristice ale unei diode pin apar atunci când funcționează în modul de injecție puternică , când regiunea i este umplută cu purtători de sarcină din regiunile n+ și p+ puternic dopate, cărora li se aplică o tensiune de polarizare directă. Dioda PIN poate fi comparată funcțional cu o găleată de apă cu o gaură în lateral: de îndată ce găleata este umplută până la nivelul găurii, începe să curgă. În același mod, dioda începe să treacă curent de îndată ce regiunea i este umplută cu purtători de sarcină .
Datorită faptului că regiunea i are o concentrație foarte scăzută de purtători de sarcină, practic nu există procese de recombinare în timpul injectării. Dar în modul de polarizare directă, concentrația purtătorilor de sarcină este cu câteva ordine de mărime mai mare decât propria sa concentrație.
La frecvențe joase, aceleași ecuații se aplică pentru o diodă PIN ca și pentru una obișnuită. La frecvențe înalte, dioda PIN se comportă ca un rezistor aproape ideal - caracteristica curent-tensiune (CVC) este liniară chiar și pentru o valoare de tensiune foarte mare. La frecvențe înalte, există o cantitate mare de sarcină acumulată în regiunea i , ceea ce permite diodei să funcționeze. La frecvențe joase, încărcarea din regiunea i se recombină și dioda se oprește.
Reactanța este invers proporțională cu curentul continuu care curge prin dioda PIN. Astfel, este posibil să se varieze valoarea rezistenței pe o gamă largă - de la 0,1 Ohm la 10 kOhm - prin schimbarea componentei DC a curentului.
Lățimea mare a regiunii i înseamnă, de asemenea, că dioda PIN are o capacitate mică atunci când este polarizată invers.
Regiunile de încărcare spațială (SCR) dintr-o diodă PIN sunt aproape complet localizate în regiunea i . În comparație cu cea convențională, dioda PIN are un SCR mult mai mare, ale cărui limite variază ușor în funcție de tensiunea inversă aplicată. Astfel, volumul semiconductorului crește, unde perechile electron-gaură pot fi formate sub influența radiației (de exemplu, optic - foton ). Unele fotodetectoare, cum ar fi fotodiodele PIN și fototranzistoarele (în care joncțiunea de bază-colector este o diodă PIN), folosesc o joncțiune PIN pentru a implementa funcția de detectare.
Când proiectați o diodă PIN, trebuie să căutați un compromis: pe de o parte, prin creșterea dimensiunii regiunii i (și, în consecință, a cantității de încărcare acumulată), se poate obține un comportament rezistiv al diodei la frecvențe mai mici, dar pe de altă parte, pentru recombinarea încărcăturii și tranziția la starea închisă va dura mai mult timp. Prin urmare, de regulă, diodele PIN sunt proiectate de fiecare dată pentru o anumită aplicație.
Diodele PIN sunt utilizate în mod obișnuit ca comutatoare în căile radio și de microunde , atenuatoare, modulatoare, comutatoare și fotodetectoare.
În funcție de domeniul de aplicare, diodele PIN sunt împărțite în:
La polarizare zero sau inversă, dioda PIN are o capacitate mică. O capacitate mică nu transmite un semnal de înaltă frecvență. Cu polarizare directă și curent de 1 mA , o diodă cu pin tipică are o reactanță de ordinul a 1 ohm, ceea ce o face un bun conductor pe calea RF. Deci, o diodă pin poate fi folosită ca un bun comutator RF și microunde.
Releele RF sunt folosite și ca întrerupătoare, dar cu o viteză mai mică (timp de comutare ~ 10 ms ), în timp ce diodele PIN sunt mult mai rapide: zeci de nanosecunde, unități de microsecunde.
Capacitatea unei diode PIN discrete oprite este de aproximativ 1 pF . La o frecvență de 320 MHz , reactanța unei astfel de capacități este de ~ 500 ohmi. În sistemele evaluate pentru 50 ohmi, atenuarea semnalului va fi de aproximativ 20 dB , ceea ce nu este suficient în unele aplicații. În aplicațiile care necesită mai multă izolare, comutatoarele sunt în cascadă: o cascadă cu 3 diode oferă o atenuare de 60 dB sau mai mult (până la 100 dB în funcție de frecvență).
Variind curentul prin dioda PIN, puteți schimba rapid reactanța.
La frecvențe înalte, reactanța unei diode PIN este invers proporțională cu curentul. În consecință, dioda PIN poate fi utilizată ca atenuator controlat, de exemplu, în circuitele modulatoare de amplitudine și schimbătoare de nivel.
Dioda PIN poate fi utilizată, de exemplu, ca o punte sau un rezistor de șunt într-un circuit de atenuare cu punte T.
Diodele PIN sunt uneori folosite pentru a proteja dispozitivele pe intrări pentru măsurători de înaltă frecvență. Dacă semnalul de intrare este mic și se află în intervalul de valori acceptabile, atunci dioda PIN, ca o capacitate mică, introduce o distorsiune minimă. Când semnalul crește și depășește limitele permise, dioda PIN începe să conducă și devine un rezistor care devia semnalul la masă.
Dioda PIN poate fi utilizată în plăcile de rețea și comutatoarele pentru cablurile de fibră optică. În aceste aplicații, dioda PIN este utilizată ca fotodiodă .
Ca fotodetector, dioda PIN funcționează cu polarizare inversă. În același timp, este închis și nu trece curent (cu excepția unui curent de scurgere mic). Fotonul intră în regiunea i , dând naștere la formarea perechilor electron-gaură. Purtătorii de sarcină care intră în câmpul electric SCR încep să se deplaseze către regiuni puternic dopate, creând un curent electric care poate fi detectat de un circuit extern. Conductivitatea diodei depinde de lungimea de undă, intensitatea și frecvența de modulare a radiației incidente.
Mărimea tensiunii inverse poate atinge valori mari, în timp ce o tensiune mai mare creează un câmp mai mare, care trage purtătorii din regiunea SCR i mai repede.
Unele detectoare pot folosi efectul de multiplicare a avalanșei purtătorului de sarcină .
Diodele PIN pe bază de diamant care utilizează fenomenul de suprainjecție pot fi utilizate ca dispozitive emițătoare de lumină. [unu]
| Diode semiconductoare | ||
|---|---|---|
| Prin programare | ||
| LED-uri | ||
| Rectificarea | ||
| Diode generatoare | ||
| Surse de tensiune de referință | ||
| Alte | ||
| Vezi si |
| |