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射频控制电路中PIN二极管工作原理及作用

作者:海飞乐技术 时间:2019-01-09 17:32

  PIN二极管是一种在普通二极管的PN结中间加入了一层薄的低浓度掺杂的征半导体,因为有这层薄的低掺杂的本征半导体 (I区)的存在使它在射频电路中表现出与普通二极管的不一样的特性,既对射频信号只呈现线性电阻的作用。在DFIOOA型发射机的射频增益控制放大器电路中我们主要应用其阻抗变化的特性来达到简化设备,提高设备可靠性的目的。
 
  1. PIN二极管的特性
  PIN二极管由图1可以看出是在PN结之间加入了一个I区,在这个I区是在本征导体的基础上加了低浓度的N型或者P型杂质。由于掺杂浓度低,它的载流子少不能提供电流,因此I区呈现出近乎绝缘的特性。

PIN二极管简图 
图1 PIN二极管简图
 
  1.1 直流工作状态
  直流状态:当无外加电压时PIN二极管因为I区由于耗尽层的存在呈现高阻抗特性。当给PIN二极管提供正向偏置电压时,P区和N区的载流子进入I区,并在I区中复合,但由于I区中掺杂浓度低,不会像PN结二极管中一样立即复合,经过有一定的延迟时间后达到电流稳定状态,而I区中有一定的载流子的存在电阻就会降低呈现低阻抗状态。当外加反向偏置电压时,由于本己存在的内建电场得到加强,使得空间电荷区变宽,此时的PIN二极管类似于一个电阻串联一个电容。
 
  1.2 射频工作状态
  射频状态:对于同一类型的PIN二极管当外加低频信号时,由于频率较低载流子在I区的渡越时间较短可以忽略不计,其呈现出与普通二极管一样的特性,对低频信号进行整流等与PN二极管相同的作用。当信号频率升高到一定程度,载流子在I区中的渡越时间相对于信号周期不能忽略不计。信号在正负半周交替时,载流子从I区两侧同时注入,扩散的时间还未达到完全复合时,外部信号周期已经由正变负,载流子在I区中的复合作用而减少,但由于载流子在I区中的存在时间大于信号的半周期,所以载流子还没有完全复合外加信号又由负变正,因而I区中始终存在一部分载流子,使得PIN二极管始终不能像普通二极管一样达到截至状态,而对于高频信号来说更像是一种线性原件。
  从上面PIN二极管在直流和射频状态的特性可以看出;利用这一特性,可以在DF100A型发射机射频增益控制电路中,用于衰减信号来保护和调整发射机状态。
 
  2. PIN二极管在射频增益控制电路中的作用
  2.1 射频增益控制电路
  为保证DF100A型发射机的发射状态和设备安全,必须使用手动和自动控制系统来对发射机进行调节,射频增益控制放大器就是其中之一。运用PIN二极管在有直流偏置电流时,其阻抗也随之成反比改变的原理,在需要短路射频信号时使其阻抗变小来达到衰减信号的作用。实际电路中选用两级直流放大共射级放大器Q1和共集电极放大器Q2组成的电路来为PIN二极管提供直流偏置电流。电路中第一级放大器Q1的基级电位由R1, R13及射频增益控制电位器6A4和光电耦合器U1, U2电路决定,Q2的基级电位由R2、R3和Q1的Uce决定。Q1基级接在R1、R13 和6R4串联电路中的R1和R13之间,U1和02电路也接于此。
 
  射频信号经R15、R16和L2组成的滤波网络通过耦合电容C6送到三极管Q3基级,共射级三极管Q3和共集电极三极管Q4组成的放大电路进行放大,另外一部分通过耦合电容C5送入PIN二极管的正向端,Q2的发射级通过射频滤波电路也接在PIN二极管正向端。
 
  2.2 射频控制电路中PIN二极管工作原理
  当调整6R4减小时,Q1基级偏置电位变小使得Q2基级偏置电位升高,Q2的输出电流增大,由于Q2输出电流是PIN二极管的直流偏置电流,此时PIN二极管的射频阻抗减小,射频激励信号就会通过耦合电容C5和PIN二极管接地,相应的Q3的输入变小:反之6R4增大Q2的输出电流减小,PIN二极管的射频阻抗增大,Q3的输入信号就会变大;从上述变化看出可以达到手动控制射频信号的目的。自动控制部分由于高前阴流和高末栅流取样送来的直流负电压分别接到光电耦合器U1, U2中发光二极管的负端(2脚),发光二极管正端接地。当有高前阴流或高末栅流过流时直流负电压将更低则发光二极管发光,光电耦合器中的三极管导通从而改变Q1的基级电位,使得截至,Q2随之增大,PIN二极管CR1正向偏置射频阻抗减小,射频激励信号也就被衰减。
 
  3. 结语
  从上所述可以看出,无论是在手动还是自动控制射频增益,都是通过应用PIN二极管在直流偏置时阻抗变化的特性来间接实现,从而避免信号干扰。




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