اصل کار دیود پین در ارتباطات RF چیست؟

1 ، خصوصیات ساختاری دیود پین
یک دیود پین از یک لایه نیمه هادی p {{0} type ، یک لایه نیمه هادی ذاتی (من لایه) و یک لایه نیمه هادی n {1} type تشکیل شده است. لایه های نیمه هادی P {{3} نوع سرشار از سوراخ ها هستند ، لایه های نیمه هادی N {{4} نوع سرشار از الکترون ها هستند ، در حالی که لایه های نیمه هادی ذاتی تقریباً ناخالصی و مقاومت بالایی ندارند. این ساختار خاص باعث می شود دیودهای پین بتوانند در مقایسه با دیودهای معمولی ، مزایای مختلفی را در خصوصیات الکتریکی و کاربردهای عملی نشان دهند. حضور لایه I به طور قابل توجهی ظرفیت اتصال محل اتصال PN را کاهش می دهد ، در حالی که عرض منطقه تخریب را افزایش می دهد ، از این طریق پاسخگویی و حساسیت آن را به سیگنال های فرکانس بالا {7} افزایش می دهد.
2 ، اصل کار دیود پین
(1) حالت تعصب رو به جلو
هنگامی که دیود پین در حالت تعصب رو به جلو قرار دارد ، یعنی منطقه P به ولتاژ مثبت وصل می شود و منطقه N به ولتاژ منفی متصل می شود. در این مرحله ، میدان الکتریکی خارجی در میدان الکتریکی بین مناطق P و N ، - را تضعیف می کند و منطقه کاهش را باریک می کند. تحت عمل نیروی میدان الکتریکی ، سوراخ های موجود در منطقه P و الکترون ها در منطقه N به سمت یکدیگر پراکنده شده و به منطقه I تزریق می شوند. با افزایش ولتاژ تعصب رو به جلو ، تعداد حامل های بار تزریق شده به منطقه I افزایش می یابد. این حامل های شارژ در منطقه I نوترکیب می شوند و ابر بار را تشکیل می دهند که مقاومت منطقه I را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. بنابراین ، دیودهای پین حالت امپدانس کم ، مشابه یک مدار کوتاه را نشان می دهند و به سیگنال های RF اجازه می دهند تا به راحتی عبور کنند.
(2) حالت تعصب معکوس
هنگامی که دیود پین در حالت تعصب معکوس قرار دارد ، یعنی منطقه P به ولتاژ منفی وصل می شود و منطقه N به ولتاژ مثبت متصل می شود. میدان الکتریکی خارجی در میدان الکتریکی بین مناطق P و N ،- ساخته شده را تقویت می کند و منطقه تخریب را گسترش می دهد. حامل های شارژ در منطقه I به شدت به مرز بین مناطق P و N جذب می شوند و تقریباً هیچ ابر شارژ در منطقه I وجود ندارد و در نتیجه باعث افزایش مقاومت می شود. در این مرحله ، دیود پین حالت امپدانس بالایی را نشان می دهد ، مشابه یک مدار باز ، که می تواند به طور مؤثر از عبور سیگنال های RF جلوگیری کرده و به انزوا سیگنال برسد.
(3) حالت تعصب صفر
هنگامی که هیچ ولتاژ خارجی وجود ندارد ، منطقه ذاتی (منطقه I) بین P {{0} type و n - نوع نیمه هادی نوع یک منطقه تخلیه را به دلیل ساخته شده -}} in در حوزه الکتریکی در هر دو طرف تشکیل می دهد ، جایی که تقریباً هیچ حامل آزاد وجود ندارد ، بدین ترتیب مشخصات بالایی را نشان می دهد.
3 ، اصل کار دیود پین به عنوان یک مؤلفه RF
(1) سوئیچ RF
کاربرد دیودهای پین در سوئیچ های RF یکی از مهمترین سناریوهای آن است. با تغییر ولتاژ تعصب خود ، می توان حالت های هدایت و برش دیود پین را کنترل کرد ، در نتیجه کنترل سیگنال RF {1} را بدست آورد. تحت تعصب رو به جلو ، دیود پین حالت امپدانس کم را نشان می دهد و به سیگنال های RF اجازه می دهد تا یکنواخت عبور کنند. تحت تعصب معکوس ، دیود پین حالت امپدانس بالایی را نشان می دهد و سیگنال RF مسدود می شود. عملکرد سوئیچ های RF معمولاً توسط شاخص هایی مانند از دست دادن درج ، انزوا و ظرفیت قدرت اندازه گیری می شود. از دست دادن درج نشان دهنده ضعف سیگنال سوئیچ در حالت رسانا است ، در حالی که جداسازی نشان دهنده توانایی سوئیچ در مسدود کردن سیگنال ها در یک حالت باز است. به منظور دستیابی به اهداف از دست دادن کم درج و انزوا بالا ، دیودهای پین معمولاً با ساختار لایه ای نازک I- طراحی می شوند تا زمان ترانزیت حامل های بار را کوتاه کرده و سرعت سوئیچینگ را بهبود بخشند.
(2) ضعیف کننده
دیودهای پین همچنین می توانند به عنوان ضعیف کننده استفاده شوند. با اتصال چندین دیود پین به صورت سری یا موازی و کنترل ولتاژ تعصب آنها ، می توان متغیر متغیر سیگنال های RF را بدست آورد. هنگامی که دیود پین به جلو مغرضانه است ، امپدانس آن کم است و میرایی سیگنال کوچک است. با تعصب معکوس ، امپدانس افزایش می یابد و میرایی سیگنال افزایش می یابد. با کنترل دقیق ولتاژ تعصب ، تنظیم دقیق می توان می توان به دست آورد. از میق کننده ها در سیستم های ارتباطی برای تنظیم قدرت سیگنال ، محافظت از دستگاه های دریافت کننده از تداخل سیگنال قوی استفاده می شود و همچنین می تواند برای تنظیم افزایش و تعادل سیگنال استفاده شود.
(3) تغییر فاز
دیودهای پین همچنین می توانند برای طراحی شیفت های فاز در رادار و سیستم های ارتباطی استفاده شوند. با تغییر ولتاژ تعصب دیود پین ، می توان خازن داخلی و القاء آن را تغییر داد و از این طریق مرحله سیگنال را تغییر داد. شیفت های فاز نقش مهمی در رادار آرایه فاز دارند و امکان اسکن سریع و کنترل جهت دار پرتو رادار را فراهم می کنند. با کنترل دقیق ولتاژ تعصب هر دیود پین ، تنظیم دقیق شکل و جهت پرتو حاصل می شود.
4 ، مزایای دیودهای پین در ارتباطات RF
(1) سرعت سوئیچ سریع
سرعت سوئیچینگ دیودهای پین بسیار سریع است ، که می تواند خاموش کردن سیگنال ها را در مدت زمان بسیار کوتاه انجام دهد. سرعت سوئیچینگ عمدتاً به ضخامت لایه I و طول عمر حامل های بار بستگی دارد. با بهینه سازی ضخامت لایه i- و انتخاب مواد با طول عمر کوتاه ، می توان سرعت سوئیچینگ را بیشتر بهبود بخشید. سرعت سوئیچینگ سریع ، دیودهای پین را قادر می سازد تا نیازهای ارتباطی سرعت و پردازش سیگنال High {5} را برآورده کنند ، و آنها را برای فرکانس بالا - و برنامه های RF با سرعت بالا {7} مناسب می کند.
(2) ضرر کم
دیودهای پین در هنگام تعصب به جلو مقاومت و از بین رفتن درج کمتری دارند. با توجه به غلظت دوپینگ کم لایه I ، میزان نوترکیب حامل های بار در منطقه I کم است و از این طریق باعث از بین رفتن انرژی می شود. مشخصه از بین رفتن کم ، دیودهای پین را قادر می سازد تا میرایی و تحریف سیگنال را در هنگام انتقال سیگنال RF کاهش داده و باعث بهبود کیفیت انتقال سیگنال می شود.
(3) سطح انزوا بالا
دیودهای پین در هنگام تعصب معکوس امپدانس و انزوا بالایی دارند. ویژگی امپدانس بالای آن می تواند به طور موثری تداخل و متقاطع بین مسیرهای مختلف سیگنال را جدا کند و از خلوص سیگنال اطمینان حاصل کند. جداسازی بالا باعث می شود دیودهای پین بتوانند به کنترل دقیق و انتقال سیگنال ها در مدارهای RF دست یابند.
(4) خطی خوب
دیودهای پین هنگام تعصب به جلو خطی خوبی دارند. یک رابطه خطی بین جریان و ولتاژ آن وجود دارد ، که می تواند دامنه و ویژگی های فاز سیگنال را بدون تغییر در هنگام انتقال حفظ کند. خطی خوب باعث می شود دیودهای پین مناسب برای سیستم های ارتباطی که به کیفیت سیگنال بالایی نیاز دارند ، مانند ارتباطات دیجیتال ، ارتباطات ماهواره ای و غیره مناسب باشد.
(5) ادغام آسان
دیودهای پین می توانند با سایر دستگاههای نیمه هادی در همان تراشه ادغام شوند تا سیستم های مدار یکپارچه قدرتمند تری شکل بگیرند. از طریق فناوری مدار یکپارچه ، دیودهای پین چندگانه برای دستیابی به عملکردهای پیچیده RF می توانند با سایر مؤلفه ها ادغام شوند. این طراحی یکپارچه نه تنها ادغام و قابلیت اطمینان سیستم را بهبود می بخشد بلکه اندازه و هزینه مدار را نیز کاهش می دهد.
https://www.trsemicon.com/diode/smd {2 }Diode/schottky {3 }Diode {4 }Bat54.html