pin二极管压控衰减器的原理与设计
pin二极管压控衰减器的原理与设计PIN二极管压控衰减器的原理与设计一、实验目的1．在了解衰减器的基本理论的基础上了解压控衰减器的控制原理；2．利用实验模组实际测量以了解压控衰减器的特性；3．了解压控衰减器的设计方法。
二、实验原理在这里我们先简单介绍PIN二极管。PIN二极管可应用于作为高频开关和电阻范围从小于1Ω到10kΩ的可变电阻器（衰减器），射频工作信号可高达50GHz。
其结构像三明治一样，在高掺杂的批P+和N+层之间夹有一本征的（I层）或低掺杂半导体的中间附加层。
中间层的厚度在1到100um间，这取决于应用要求和频率范围。
在电压是正向时，这二极管表现为像是一个受所加电流控制的可变电阻器。
然而在电压反向时，低掺杂的内层产生空间电荷，其区域达到高掺杂的外层。
这种效应即使在小的反向电压下就会发生，直到高电压下基本上保持恒定，其结果使这二极管表现为类似于平行板电容器。
举例来说，具有内1层厚度为20um的硅基PIN二极管，
表面积为200um，其扩散电容的量级为0.2pF。
一般形式的PIN二极管及经台面处理的实用器件列于图1，与常规的平面结构相比，台面行位的优点是杂散电容的大为减少。
其I-Vt特性的数学表述与电流的大小和方向有关。
为保持处理简易，我们将在很大程度上按照对PN结已列出过的论述来进行。
在正向情况并对轻掺杂型本征层，流过二极管的电流为：式（12-1）这里W是本征层宽度；Гp是过剩的少数载流子寿命，它可有高到1us的量级；ND是轻掺杂N型半导体中间层中的掺杂浓度。
式中指数项中的因子2是考虑到存在有两个结。
对于纯本征层ND=ni，（1）式导致以下形式：
式（12-2）（a）PIN二极管的简化结构（b）经台面处理技术加工成PIN二极管结构图12-1 PIN二极管结构由关系式Q=IГp，可计算出总电荷。
这样就可求出扩散电容：
式（12-3）在反情况，这I层的空间电荷长度对电容起支配作用。
在小电压下CJ近似为：
式（12-4）这里εI 是本征层的介电常数。
如在肖特基二极管中讨论过的那样，通过在Q点附近的
泰勒展开可求出PIN二极管的动态电阻。
其结果：
式（12-5）这里，对照式（12-1），可令。
依照PIN二极管在正偏置（导通）下的电阻性质和在负偏置（断开或绝缘）下的电容性质，我们可以着手构筑简单的小信号模型。
对PIN二极管在串联情况下，其电路模型示意于图12-2，其两端分别接有电源和负载电阻。
由式（12-3）和式（12-4）式导出的结电阻和扩散电容可以在实用上很近似地模拟PIN二极管的性能。
更加定量化的信息是通过测量或复杂的计算模型来得到的。
使PIN二极管工作需设置偏置电压，而提供偏置要有DC 回路，它必须与射频信号通路分离开。
要实现DC绝缘，可用一射频线圈（RFC），RFC在DC下短路而在高频下开路。
相反情况下，隔直流电容（CB）在DC下开路而在高频下短路。
图12-3示出一典型的衰减器的电路，其中PIN二极管既用于串联又用于并联的情况。
虽然在以下的讨论中我们将用一DC偏置，但也能用一低频的AC偏置。
在这种情况下，通过二极管的电流包括两个分量：
图12-2 串联下的PIN二极管图12-3 在串联和并联设置下的偏置PIN二极管的衰减器电路在正DC偏置下，对于射频信号，串联PIN二极管表现为一电阻。
然而，并联PIN二极管则建立了一个短路条件，只允许有一小到可忽略的RF信号出现在输出端。
并联PIN二极管的作用像是一个具有高插入损耗的高衰减器。
在负偏置条件下情况相反，串联PIN二极管像是一个具有高阻抗或高插入损耗的电容器，而有高并联阻抗的并联二极管对RF信号没有明显的影响。
一个经常用到的专业术语叫转换器损失TL，它可方便地用S参量的｜S21｜来表示，于是有：
三、设计方法可调衰减器在各种通讯应用中是有用的器件，例如，衰减器可用来控制收发器的信号水平，特别是在许多现代通讯系统中，高线性度是一个关键的要求，HSMP-3816由4PIN二极管组成，这个简单的衰减器在0.3~3000MHz的宽频段仍然具有出色的线性特性。
HSMP-3816二极管四元组采用5脚无引线SOT-25表面贴装型封装。
在封装的四元组中，脚1和脚3用于RF输入/输出，脚2用来为二极管提供偏压，脚4、5用来提供分路偏压。
除了尺寸方面的优势外，与四个分离元件组成的四元组相比，将四个性能完全匹配的PIN二极管捆绑到SOT-25封装中有助于保证衰减器的输入输出臂之间具有更好的对称性。
用两个并联电阻和一个串联电阻就可以构造一个基本的匹配置固定电压衰减器，通过配置即可以得到A=20log (K)的衰减，同时提供能够匹配具体应用电路特性阻抗的输入/输出阻抗。
在工作频率高于衰减器截止频率的情况下，一个PIN二极管可以作为电流控制可变电阻使用。
不过，只有在工作频率完全高于二极管的截止频率fc=1/2πτ的条件下这个电流控制变阻模型才比较精确，这里τ为器件中少数载流子的生命周期。
在工作频率10倍于fc时，一个PIN二极管就可以精确地用一个具有恒定微值结电容的电流控制并联电阻来模拟。工作频率低于0.1fc时，PIN二极管就表现为一个普通的PN结二极管。
工作频率在0.1fc到10fc之间时，PIN二极管的特性就变得非常复杂，一般表现为一个与一个高频电流电感或电容并联的、随频率变化而变化的电阻。
另外，工作在这个范围内时，信号失真畸变也非常严重。对于HSMP-3816型二极管而言，τ≈1500ns，其截止频率为1000kHz，因此在1000kHz以上二极管的电阻值与工作频率
无关，不过，由于已经针对宽带衰减器应用对此二极管进行了优化，所以即使在fc以下此二极管也具有良好的特性。
图12-4 PIN二极管应用电路四、实验内容实验设备: 项次设备名称数量备注 1 压控衰减器模块1块有源实验箱2 频谱分析仪1台 3 反射电桥1块4 射频连接线3条5 50Ω标准负载1个实验步骤: 1．将频谱分析仪频率范围调至2010~2025MHZ, 并校准频谱仪2．各指标测量步骤：衰减范围的测量: 测试框图如图12-5所示：
图12-5 压控衰减器衰减范围的测量框图将频谱仪信号输出端连接到衰减器模块IN端口,模块的OUT端连接到频谱分析仪的INPUT端, 万用表拨到电压档,红笔头接可调电压的引脚,黑笔头接地。
打开有源箱右侧电源开关,将频谱分析仪之Marker 的频率标示在2017.5 MHz，记录测量结果.最大范围的调节板上的电位器来调整控制电压,记录电压变化时的衰减量.结果记录如下: 输出频率(MHz) 调谐电压Vtune(Vdc) 输出电平(dBm) 输入、输出驻波比: 测试框图如图12-6：
图12-6 压控衰减器驻波比的测量框图将频谱仪信号输出端连接到反射电桥输入端，反射电桥输出端接待测衰减器模块输入端，模块OUT端口接50Ω匹配负载，再将反射电桥反射输出端接到频谱分析仪。
打开有源箱右侧电源开关,并将频谱分析仪之Marker 的频
率标示在2017.5 MHz，记录测量结果后关闭电源.同理将反射电桥输出端接待测功分器模块输出端,IN端口接50Ω匹配负载,其余连接方式不变可测得输出驻波比. 3．硬件测量的结果建议如下为合格l 衰减范围: ≥30dB l 驻波比:≤1.25dB 第7 页共222 页
PIN 管电调衰减器设计 一． 概述 本文描述了PIN 管电调衰减器的技术指标、工作原理和功能，内容涉及电路设计方法分析，关键器件选型，计算机仿真设计，并结合成本与设计难度等因素，给出了初步的设计方案。 1．引言 偏流控制的可变衰减器是重要的微波控制器件，主要用于电路系统的自动增益控制、功率电路的电平控制、放大器增益变化的温度补偿以及收、发电路的隔离保护等。而电调衰减器的关键器件是PIN 二极管，它开路和短路特性好、控制速度快、微波损耗小、可控功率容量大，因此在射频高功率电路中经常采用PIN 管。 2．技术指标 工作频带 1930~1990MHz 衰减动态范围 0~20dB 插入损耗 1.5dB 回波损耗 <-14dB 衰减平坦度 1dB 二． PIN 管基本特性 电调衰减器的关键器件是PIN 二极管，它主要是利用PIN 管的特性来工作的。 PIN 管在射频信号与直流偏置同时作用时，其所呈现的阻抗大小主要决定于直流偏置的极性及其量值，而几乎与射频信号的幅度无关。因此PIN 管可以用很小的控制功率来控制很大的射频信号功率。 .PIN 管在正向偏置时的等效电路如图1所示： s R 的值很小，约在1欧姆左右；j C 为节电容；而j R 的数值与偏置电流有关，当偏置电流 为零时，j R 阻值呈现高阻抗，随着正偏电流的增大，j R 很快下降，当正偏电流继续增大时， j R 继续减小并趋近于零。 利用PIN 管正向电阻随偏置电流变化的特性，便可做成各种类型的电调衰减器。电调衰减器按产生衰减的物理原因可分成两类：反射型和吸收型。在反射型衰减器中，衰减主要由PIN 管的反射形成；在吸收型衰减器中，衰减则主要由PIN 管的损耗形成。 j R j C s R
可变衰减器的工作原理 可变衰减器是电路中常用的一种控制信号衰减的元件。它可用于调节信号的幅度、频 率和相位等特性。本文将介绍可变衰减器的工作原理。 一、可变衰减器的基本结构 可变衰减器是由衰减元件、控制元件和输出元件组成的。衰减元件是用来耗散或消耗 信号能量的元件，常见的有电阻、电容、电感和振荡管等；控制元件用来控制衰减元件的 阻值、电容值或电感值等，常见的有二极管、场效应管和可变电容器等；输出元件用来输 出衰减后的信号，常见的有放大器、滤波器和频率鉴别器等。 根据控制元件的类型和工作原理，可变衰减器可分为多种类型，如变阻式可变衰减器、变容式可变衰减器、二极管可变衰减器、场效应管可变衰减器和数字可变衰减器等。 二、可变衰减器的工作原理 （一）变阻式可变衰减器 变阻式可变衰减器是由可变电阻组成的，其阻值可以通过调节电位器的位置来改变。 在变阻式可变衰减器中，可变电阻的阻值与电位器的位置成反比例关系。 当电位器的位置处于满阻状态时，信号的衰减最小，其衰减量随着电位器位置的向中 间逐渐减小；当电位器的位置处于中间位置时，信号的衰减最大，此时相当于把可变电阻 的两端分别接入衰减电路中；当电位器的位置处于零阻状态时，信号完全被衰减消失。 （二）变容式可变衰减器 变容式可变衰减器是由可变电容组成的，其电容值可以通过改变电容器的介质、距离 或面积来改变。在变容式可变衰减器中，可变电容的电容值与标准电容和控制电压之间的 比例关系成正比例。 当控制电压等于零时，信号的衰减量最小，此时可变电容的电容值等于标准电容的电 容值；当控制电压等于最大值时，信号的衰减量最大，此时可变电容的电容值是标准电容 的电容值的两倍。 （三）二极管可变衰减器 二极管可变衰减器是由二极管组成的，其工作原理是利用二极管的非线性特性来实现 信号的衰减。
pin二极管压控衰减器的原理与设计 pin二极管压控衰减器的原理与设计PIN二极管压控衰减器的原理与设计一、实验目的1．在了解衰减器的基本理论的基础上了解压控衰减器的控制原理；2．利用实验模组实际测量以了解压控衰减器的特性；3．了解压控衰减器的设计方法。 二、实验原理在这里我们先简单介绍PIN二极管。PIN二极管可应用于作为高频开关和电阻范围从小于1Ω到10kΩ的可变电阻器（衰减器），射频工作信号可高达50GHz。 其结构像三明治一样，在高掺杂的批P+和N+层之间夹有一本征的（I层）或低掺杂半导体的中间附加层。 中间层的厚度在1到100um间，这取决于应用要求和频率范围。 在电压是正向时，这二极管表现为像是一个受所加电流控制的可变电阻器。 然而在电压反向时，低掺杂的内层产生空间电荷，其区域达到高掺杂的外层。 这种效应即使在小的反向电压下就会发生，直到高电压下基本上保持恒定，其结果使这二极管表现为类似于平行板电容器。 举例来说，具有内1层厚度为20um的硅基PIN二极管，
表面积为200um，其扩散电容的量级为0.2pF。 一般形式的PIN二极管及经台面处理的实用器件列于图1，与常规的平面结构相比，台面行位的优点是杂散电容的大为减少。 其I-Vt特性的数学表述与电流的大小和方向有关。 为保持处理简易，我们将在很大程度上按照对PN结已列出过的论述来进行。 在正向情况并对轻掺杂型本征层，流过二极管的电流为：式（12-1）这里W是本征层宽度；Гp是过剩的少数载流子寿命，它可有高到1us的量级；ND是轻掺杂N型半导体中间层中的掺杂浓度。 式中指数项中的因子2是考虑到存在有两个结。 对于纯本征层ND=ni，（1）式导致以下形式： 式（12-2）（a）PIN二极管的简化结构（b）经台面处理技术加工成PIN二极管结构图12-1 PIN二极管结构由关系式Q=IГp，可计算出总电荷。 这样就可求出扩散电容： 式（12-3）在反情况，这I层的空间电荷长度对电容起支配作用。 在小电压下CJ近似为： 式（12-4）这里εI 是本征层的介电常数。 如在肖特基二极管中讨论过的那样，通过在Q点附近的
信号衰减器原理及设计 衰减器是在指定的频率范围内，一种用以引入一预定衰减的电路，一般以所引入衰减的分贝数及其特性阻抗的欧姆数来标明。 衰减器广泛地应用于电子设备中，它的主要用途是： （1）调整电路中信号的大小；（2）改善阻抗匹配，若某些电路要求有一个比较稳定的负载阻抗时，则可在此电路与实际负载阻抗之间插入一个衰减器，能够缓冲阻抗的变化。 通常，衰减器接于信号源和负载之间，衰减器是由电阻元件组成的二端口网络，它的特性阻抗、衰减量都是与频率无关的常数，相移等于零。 实际应用中，有固定衰减器和可变衰减两大类。 1、固定衰减器的设计 常用的固定衰减器有对称型的T型、∏型、桥T型和倒L型（不对称型）等几种结构，其电路形式和计算公式如下。 图1. T型衰减器图2. ∏型衰减器 1 2 1 1 2 2 1- = + - = N N R R N N R R C C 1 1 2 1 2 2 1- + = - = N N R R N N R R C C 1 )1 ( 2 1- = - = N R R N R R C C
图3. 桥T 型衰减器 图4. 倒L 型衰减器 式中，Rc 为二端口网络的特性阻抗（对称时），即输入输出阻抗，Rc1和Rc2两侧特性阻抗，分别为非对称衰减器的输入输出阻抗；20 10A N =，为输入电压与输出电压之比，A 为衰减的分贝数。 电压比分贝：dB=20lg （Uo/Ui ） 以上衰减器中，T 型、∏型、桥T 型属于对称衰减器，主要用于衰减。而倒L 型属于不对称衰减器，主要用于阻抗匹配。 倒L 型不对称衰减器构成阻抗匹配器，与对称衰减器所不同的是，不能指定衰减量，其输入输出阻抗确定后，其衰减量也就确定了。其衰减值见下表。 表1 倒L 型衰减器衰减值与输入输出阻抗比的关系 Rc1/Rc2 20 15 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 衰减量 39.49 29.49 19.49 17.48 15.48 13.48 11.48 9.47 7.46 5.45 3.41 值得注意的是，桥T 型衰减器中，有两个电阻的值即为特性阻抗（输入输出电阻），且计算公式简洁，用于组成可调衰减器非常方便。 例1：设计一衰减器，匹配于信号源内阻R S =800欧与负载电阻R L =150欧之间，其衰减量为30dB 。 解：因为RS 、RL 不相等，所以选用一节倒L 型和一节对称T 型构成衰减器，如图5所示。 （1）倒L 型电路计算： 10.14 8001501111166.41150 800800 150721.11)150800(800)(1 1 1 2 12112 22111=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎪⎭ ⎫ ⎝ ⎛--=Ω =-=-=Ω=-⨯=-=--C C C C C C C C C R R N R R R R R R R R R （2）T 型电路计算： 由于总衰减量A=30dB ，N=10^(30/20)=31.62；所以桥T 型衰减量N 2为 N 2=N/N 1=31.62/10.14=3.1184 计算R1和R2 1 122 11 2 2111112)(-⎥ ⎦⎤⎢⎣ ⎡--=-=-=C C C C C C C C C R R N R R R R R R R R R
PIN光电二极管 1.工作原理 在上述的光电二极管的PN结中间掺入一层浓度很低的N型半导体，就可以增大耗尽区的宽度，达到减小扩散运动的影响，提高响应速度的目的。由于这一掺入层的掺杂浓度低，近乎本征（Intrinsic）半导体，故称I层，因此这种结构成为PIN光电二极管。I层较厚，几乎占据了整个耗尽区。绝大部分的入射光在I层内被吸收并产生大量的电子-空穴对。在I 层两侧是掺杂浓度很高的P型和N型半导体，P层和N层很薄，吸收入射光的比例很小。 因而光产生电流中漂移分量占了主导地位，这就大大加快了响应速度。 通过插入I层，增大耗尽区宽度达到了减小扩散分量的目的，但是过大的耗尽区宽度将延长光生载流子在耗尽区内的漂移时间，反而导致响应变慢，因此耗尽区宽度要合理选择。 通过控制耗尽区的宽度可以改变PIN观点二极管的响应速度。 2.PIN光电二极管的主要特性 (1)截止波长和吸收系数 只有入射光子的能量 ?PIN型光电二极管也称PIN结二极管、PIN二极管，在两种半导体之间的PN结，或者半导体与金属之间的结的邻近区域，在P区与N区之间生成I型层，吸收光辐射而产生光电流的一种光检测器。具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点。 目录 ?PIN型光电二极管的结构
?PIN结的导电特性 ?PIN型光电二极管的主要参数 ?PIN型光电二极管的典型应用 PIN型光电二极管的结构 ?pin结二极管的基本结构有两种，即平面的结构和台面的结构，如图1所示。 对于Si-pin133结二极管，其中i型层的载流子浓度很低（约为10cm数量级）电阻率很高、（约为k-cm数量级），厚度W一般较厚（在10～200m之间）；i型层两边的p 型和n型半导体的掺杂浓度通常很高（即为重掺杂）。 平面结构和台面结构的i型层都可以采用外延技术来制作，高掺杂的p+层可以采用热扩散或者离子注入技术来获得。平面结构二极管可以方便地采用常规的平面工艺来制作。而台面结构二极管还需要进行台面制作（通过腐蚀或者挖槽来实现）。台面结构的优点是：①去掉了平面结的弯曲部分，改善了表面击穿电压；②减小了边缘电容和电感，有利于提高工作频率。 PIN结的导电特性
w 波段衰减器 W 波段衰减器是一种在射频和微波电路中使用的被动元件， 其主要作用是降低信号的功率。在无线通信、卫星通信、雷达系统和天线等领域，W 波段衰减器广泛应用于信号衰减、信 号匹配、测量和保护等方面。本文将从衰减器的原理、分类、设计以及应用等方面进行详细介绍。 一、原理 W 波段衰减器基于电路中的各种电气属性实现信号的衰减。 主要原理包括： 1. 电阻消耗功率：衰减器中的电阻通过将电能转化为热能，实现信号功率的消耗。 2. 反射损耗：衰减器中的电阻通过反射信号，将一部分能量反射回源。反射损耗会导致信号的功率降低。 3. 透射损耗：衰减器中的电阻通过使信号通过绕道，将一部分能量转移到其它路径上，从而实现信号功率的降低。 二、分类 根据衰减器的结构和工作原理，W 波段衰减器可以分为多种 不同类型。常见的分类方式包括： 1. 固定值衰减器：该类型的衰减器的衰减值是固定的，无法调节。常见的固定值衰减器有陶瓷衰减器、螺旋线衰减器等。 2. 可变值衰减器：该类型的衰减器的衰减值可以通过外部手段进行调节。常见的可变值衰减器有可变衰减器、PIN二极管衰 减器等。 3. 单工作频率衰减器：该类型的衰减器只能在特定频率下工作。常见的单工作频率衰减器有带通滤波器、加载衰减器等。
4. 多工作频率衰减器：该类型的衰减器能够在一定频率范围内工作。常见的多工作频率衰减器有旋变样品器、平衡子等。 三、设计 设计W 波段衰减器需要考虑多个参数，包括： 1. 波段范围：确定衰减器需要工作的频率范围。 2. 最大功率：确定衰减器可以承受的最大功率。 3. 衰减值：确定衰减器需要实现的衰减值。 4. VSWR：确定衰减器的回波损耗。 常见的W 波段衰减器设计方法有： 1. 螺旋线衰减器：螺旋线衰减器是一种常见的固定值衰减器。它由金属薄片制成，螺旋形状使得信号在通过过程中发生多次反射，从而实现较高的衰减效果。 2. 陶瓷衰减器：陶瓷衰减器是一种具有固定衰减值的衰减器。它由陶瓷材料制成，通过材料的特殊结构和电学特性实现信号的衰减。 3. PIN二极管衰减器：PIN二极管衰减器是一种可变值衰减器。它利用PIN二极管的特性，在外加电压的控制下改变PIN二 极管的电阻，从而实现信号的衰减和增益。 4. 旋变样品器：旋变样品器是一种多工作频率衰减器。它利用旋转样品器在旋转过程中改变信号的路径长度，从而实现不同频率下的衰减效果。 四、应用 W 波段衰减器在无线通信、卫星通信、雷达系统和天线等领 域中具有广泛的应用。具体应用领域包括：
信号衰减电路设计方案 一、引言 在电子工程领域，信号衰减电路是一种常见的电路设计，用于处理信号衰减的问题。无论是在通信领域还是在电子设备中，都可能会遇到信号衰减的情况，因此设计一种高效可靠的信号衰减电路至关重要。本文将介绍信号衰减的原因、设计目标以及基于电阻和衰减器的信号衰减电路设计方案。 二、信号衰减原因分析 在信号传输过程中，由于各种因素的干扰和衰减，信号的强度会逐渐降低。主要的信号衰减原因包括传输介质的损耗、电磁干扰、信号路径长度等。信号衰减会导致接收端接收到的信号质量下降，甚至无法正确解析信号内容。需要设计一种有效的信号衰减电路来解决信号衰减问题。 三、设计目标 1. 实现可调节的信号衰减：信号衰减电路需要能够根据实际需要对信号进行不同程度的衰减，以适应不同的应用场景。 2. 保持信号稳定性：在进行衰减的保持信号的稳定性和准确性，确保衰减后的信号能够被准确解析。 3. 尽量减小功耗：设计过程中要尽量减小电路的功耗，以提高电路的效率和节能效果。 四、基于电阻的信号衰减电路设计方案 1. 串联电阻衰减电路：一种简单的信号衰减电路设计方案是采用串联电阻的方式，在信号传输路径中加入电阻进行衰减。这种方案简单易行，成本低廉，但是会增加传输线路的阻抗，可能会引起干扰和失真。在设计过程中需要在稳定性和衰减效果之间寻求平衡。 2. 分压电阻网络：采用分压电阻网络可以实现对信号进行可控的衰减。通过合理选择电阻值和连接方式，可以灵活地实现不同程度的信号衰减。分压电阻网络的设计需要考虑电阻的精确性、温度稳定性和布局布线等因素，以确保衰减后的信号质量。 五、基于衰减器的信号衰减电路设计方案
PIN二极管的原理及应用 1. 引言 PIN二极管是一种特殊的二极管，它的结构和原理与普通二极管有所不同。 PIN二极管由P型半导体、N型半导体和一个中间的Intrinsic层组成。它在许多 应用中被广泛使用，本文将介绍PIN二极管的原理及其一些常见的应用。 2. PIN二极管的原理 PIN二极管的名称来源于P型半导体、Intrinsic层和N型半导体的结构。它的结构如下： - P型半导体：具有正电荷的空穴为主要载流子； - Intrinsic层：也称 为中间层，是一个纯的半导体层，其中没有掺杂物，几乎没有载流子； - N型半导体：具有带负电荷的电子为主要载流子。 在PIN二极管中，由于中间的Intrinsic层没有掺杂物，因此它的电阻比P-N 结二极管要高。当施加正向偏置电压时，中间的Intrinsic层中的载流子重新排列，形成能够导电的通道。这使得PIN二极管可以承受更高的电压和更大的电流。 3. PIN二极管的应用 3.1 微波信号探测 由于PIN二极管具有较宽的垂直电场分布，它在高频和微波领域的应用非常广泛。其中之一就是作为微波信号探测器。当微波信号通过PIN二极管时，它会产 生一个电压信号，该信号可以用来检测和测量微波信号的强度和频率。 3.2 光电探测器 由于PIN二极管对光的敏感度较高，它还可以用作光电探测器。当光照射到PIN二极管时，光子的能量被转换为载流子，并产生一个电流。这种转换效应使得PIN二极管在光通信、光谱分析和光电检测等应用中非常重要。 3.3 射频开关 在射频（Radio Frequency, RF）电路中，PIN二极管可以作为开关使用。通过 改变偏置电压，PIN二极管可以控制射频信号的传输。当PIN二极管处于正向偏 置状态时，它变为导通状态，允许射频信号通过。当PIN二极管处于反向偏置状 态时，它变为截止状态，射频信号被阻断。
pin开关电路设计 在电子电路设计中，PIN开关电路是一种常用的控制电路，它能够实现对电流和电压的开关控制。本文将全面介绍PIN开关电路的设计原理、应用和注意事项，以帮助读者掌握该设计技巧。 一、PIN开关电路的原理 PIN开关电路是利用PIN二极管的特性来实现开关功能的。PIN二极管可以在正向偏置时变成导通状态，从而通过电流；而在反向偏置时则会阻断电流的通过。因此，通过控制PIN二极管的偏置电压，可以实现对电流和电压的开关控制。 二、PIN开关电路的应用 1. 信号切换：PIN开关电路可以作为信号切换器，用于在不同的信号源之间切换。比如，在音频设备中，可以使用PIN开关电路实现对不同音频源的选择，从而实现多声道音频输出。 2. 光电开关：PIN开关电路还可以应用于光电传感器中，实现对光信号的检测和转换。当光照强度达到一定阈值时，通过控制PIN二极管的偏置电压，可以实现对光电信号的开关控制。 3. 电源开关：PIN开关电路也可以用作电源开关，实现对电源的开启和关闭。通过控制PIN二极管的偏置电压，可以实现对电流和电压的精确控制，从而提高电源开关的可靠性和效率。 三、PIN开关电路设计注意事项
1. 选择合适的PIN二极管：在设计PIN开关电路时，需要根据具 体的应用需求选择合适的PIN二极管。关注其导通电流、反向漏电流、导通电压降等参数，以保证电路的性能和可靠性。 2. 控制偏置电压：PIN开关电路的开关功能与偏置电压密切相关。在设计中，需要根据电路要求和特性选择合适的偏置电压，以确保电 路能够在预期的工作范围内正常工作。 3. 考虑温度变化：PIN二极管的性能会随着温度的变化而变化， 因此在设计PIN开关电路时需要考虑温度对电路性能的影响。合理选 择元器件和对电路进行合理的热设计，能够提高电路的稳定性和可靠性。 总结： PIN开关电路的设计原理和应用非常广泛，在电子电路中扮演着重要的角色。通过本文的介绍，读者可以了解到PIN开关电路的工作原理、应用领域和设计注意事项。希望读者能够通过理论知识和实际操 作的结合，掌握PIN开关电路的设计技巧，为电子电路设计提供更多 的可能性。
一、PIN二极管的结构 PIN二极管的基本结构有两种，即平面的结构和台面的结构，如图2所示。对于Si-pin133结二极管，其中I层的载流子浓度很低（约为10cm数量级）电阻率很高、（约为k-cm数量级），厚度W一般较厚（在10～200m 之间）；I层两边的p型和n型半导体的掺杂浓度通常很高。 平面结构和台面结构的I层都可以采用外延技术来制作，高掺杂的p+层可以采用热扩散或者离子注入技术来获得。平面结构二极管可以方便地采用常规的平面工艺来制作。而台面结构二极管还需要进行台面制作（通过腐蚀或者挖槽来实现）。台面结构的优点是： ①去掉了平面结的弯曲部分，改善了表面击穿电压； ②减小了边缘电容和电感，有利于提高工作频率。 图2 PIN二极管的两种结构 二、PIN二极管在不同偏置下的工作状态 1、正偏下 PIN二极管加正向电压时，P区和N区的多子会注入到I区，并在I区复合。当注入载流子和复合载流子相等时，电流I达到平衡状态。而本征层由于积累了大量的载流子而电阻变低，所以当PIN二极管正向偏置时，呈低阻特性。正向偏压越大，注入I层的电流就越大，I层载流子越多，使得其电阻越小。图3是正偏下的等效电路图，可以看出其等效为一个很小的电阻，阻值在0.1Ω和10Ω之间。
图3 正向偏压下PIN二极管的等效电路图 正向偏压电流与正向阻抗特性曲线图 2、零偏下 当PIN二极管两端不加电压时，由于实际的I层含有少量的P型杂质，所以在IN交界面处，I区的空穴向N区扩散，N区的电子向I区扩散，然后形成空间电荷区。由于I区杂质浓度相比N区很低，多以耗尽区几乎全部在I区内。在PI交界面，由于存在浓度差（P区空穴浓度远远大于I区），也会发生扩散运动，但是其影响相对于IN交界面小的多，可以忽略不计。所以当零偏时，I区由于存在耗尽区而使得PIN二极管呈现高阻状态。 3、反偏下 反偏情况跟零偏时很类似，所不同的是内建电场会得到加强，其效果是使IN结的空间电荷区变宽，且主要是向I区扩展。此时的PIN二极管可以等效为电阻加电容，其电阻是剩下的本征区电阻，而电容是耗尽区的势垒电容。图4是反偏下PIN二极管的等效电路图，可以看出电阻范围在1Ω到100Ω之间，电容范围在0.1pF到10pF之间。当反向偏压过大，使得耗尽区充满整个I区，此时会发生I区穿通，此时PIN管不能正常工作了。 图4 反向偏压下PIN二极管的等效电路图和反向偏压电流与反向电容特性曲线 三、PIN二极管作为射频开关 3.1 工作原理
压控衰减器负压控制电路设计 压控衰减器（Voltage Controlled Attenuator，简称VCA）是一种可以通过电压来控制电路中信号衰减程度的器件。它在射频和微波电路中被广泛应用于信号调节和控制的场景中。本文将介绍压控衰减器负压控制电路的设计原理和应用。 一、设计原理 压控衰减器负压控制电路的设计原理是基于电容二极管的反偏压效应。电容二极管在正向偏压时，具有很小的电阻，而在反向偏压时，电容二极管的电阻会增大。通过调节电容二极管的反偏电压，可以实现对信号的衰减控制。 二、电路设计 压控衰减器负压控制电路的基本设计包括电压控制源、偏置电路和电容二极管。其中，电压控制源用于产生可调的负压，偏置电路用于为电容二极管提供适当的偏置电压。电容二极管则根据反偏压效应来实现对信号的衰减控制。 在电路设计中，需要考虑以下几个方面： 1. 电压控制源：电压控制源需要能够产生可调的负压，并具有稳定性和高精度。常见的电压控制源包括可调稳压器和运算放大器等。 2. 偏置电路：偏置电路需要为电容二极管提供适当的偏置电压，以确保其在正向偏压和反向偏压时的电阻稳定性。常见的偏置电路包
括电阻分压网络和运算放大器等。 3. 电容二极管：选用合适的电容二极管是实现压控衰减器负压控制电路的关键。需要考虑电容二极管的容值范围、带宽和失真等参数。 三、应用场景 压控衰减器负压控制电路在射频和微波领域有广泛的应用。以下是几个常见的应用场景： 1. 无线电通信系统中的功率控制：通过调节压控衰减器的负压，可以实现对无线信号的功率进行精确控制，以适应不同的通信距离和环境噪声。 2. 雷达系统中的动态范围控制：压控衰减器可以用于调节雷达系统中的动态范围，以确保在不同目标距离和回波强度下的信号接收和处理效果。 3. 实验室测试和仪器测量中的信号衰减：在实验室测试和仪器测量中，常常需要对信号进行精确的衰减控制，以满足不同测试需求和测量准确性要求。 四、总结 压控衰减器负压控制电路是一种常用的信号调节和控制器件，在射频和微波电路中有广泛的应用。通过调节电容二极管的反偏电压，可以实现对信号的衰减控制。在设计中，需要考虑电压控制源、偏置电路和电容二极管等因素，并根据具体应用场景进行参数选择和电路设计。压控衰减器负压控制电路在无线通信系统、雷达系统和
PIN二极管结构及工作原理■标准化文件发布号：（9556・EUATWK・MWUB-WUNN・INNUL-DDQTY-KII
一、PIN二极管的结构 PIN二极管的基本结构有两种，即平面的结构和台面的结构，如图2所示。对于Si-pinl33结二极管，其中I层的载流子浓度很低（约为10cm数量级）电阻率很高、（约为k-cm数量级），厚度W—般较厚（在10〜200m 之间）；I层两边的P型和n型半导体的掺杂浓度通常很高。 平面结构和台面结构的I层都可以釆用外延技术来制作，高掺杂的P+层可以采用热扩散或者离子注入技术来获得。平面结构二极管可以方便地采用常规的平面工艺来制作。而台面结构二极管还需要进行台面制作（通过腐蚀或者挖槽来实现）。台面结构的优点是： ①去掉了平面结的弯曲部分，改善了表面击穿电压； ②减小了边缘电容和电感，有利于提高工作频率。 :> I冋处檢賞的冋艸卑木英芒回臥氏社巨 图2 PIN二极管的两种结构 二.PIN"极管在不同偏置下的工作状态 1、正偏下 PIN二极管加正向电压时，P区和N区的多子会注入到I区，并在I区复合。当注入载流子和复合载流子相等时，电流I达到平衡状态。而本征层山于积累了大量的载流子而电阻变低，所以当P叮二极管正向偏置时，呈低阻特性。正向偏压越大，注入I层的电流就越大，I层载流子越多，使得其电阻越小。图3是正偏下的等效电路图，可以看出其等效为一个很小的电阻，阻值在0・1Q和10Q之间。
图3 正向偏压下PIN二极管的等效电路图 正向偏压电流与正向阻抗特性曲线图 2、零偏下 当PIN二极管两端不加电压时，由于实际的I层含有少量的P型杂质，所 以在IN交界面处，I区的空穴向N区扩散，N区的电子向I区扩散，然后形成 空间电荷区。山于I区杂质浓度相比N区很低，多以耗尽区儿乎全部在I区 内。在PI交界面，由于存在浓度差（P区空穴浓度远远大于I区），也会发生 扩散运动，但是其影响相对于IN交界面小的多，可以忽略不计。所以当零偏 时，I区山于存在耗尽区而使得PIN二极管呈现高阻状态。 3、反偏下 反偏情况跟零偏时很类似，所不同的是内建电场会得到加强，其效果是使 IN结的空间电荷区变宽，且主要是向I区扩展。此时的PIN二极管可以等效为 电阻加电容，其电阻是剩下的本征区电阻，而电容是耗尽区的势垒电容。图4 是反偏下PIN二极管的等效电路图，可以看出电阻范围在1Q到100Q之间，电 容范围在0. lpF到10pF之间。当反向偏压过大，使得耗尽区充满整个I区，此 时会发生I区穿通，此时PIN管不能正常工作了。 反向电容G ol
[指南]pin射频开关限幅器调研 1 PIN射频开关 1.1 工作原理 PIN二极管是一个在射频和微波频段受偏置电流控制的可变阻抗器(它的结构有三层，在硅半导体二极管的P结和N结中间夹着高阻值的本征I层。在正向电流偏置下，空穴和电子被注入到I层。这些电荷不会立刻相互抵消而消失。而是会存在一定的时间(这个时间定义为载流子寿命，这样，就会产生并存储一定的电荷量，这些电荷使得I层的有阻抗降, 低到R。当PIN管处于零偏或反偏的时候，在I层不会存储电荷，这样二极管就表现为一个电容CT并联一个电阻R(也就是利用了PIN二极管在不同偏置电流下，存储在I层的电荷量的不同从而表现出高或低的阻抗值。 PIN二极管主要参数 R正向偏置状态下的串联电阻 S C零或反偏状态下的电容 r R零或反偏状态下的并联电阻 p V最大允许的反偏直流电压 R 载流子寿命 , 最大平均功耗 PD 1.2 PIN二极管的射频等效电路
PIN等效电路 在等效电路中，L为寄生电感，一般小于1nH，在射频(300KHz-30GHz)情况下其阻抗很小，可忽略。正向偏置时，阻抗主要由R决定，但R亦很小，所以在串联电路中起SS 导通作用，也就是开关的“开”。反向偏置时，电阻R和偏置电流成正比，与频率成反比，p 其阻值远大于电容C阻抗，因此阻抗主要由C决定，而C阻抗很大，因此在射频电路rrr 中起到断开作用，也就是“关”。 1.3 PIN开关的主要性能指标 带宽:不仅开关的最高工作频率会受到限制，最低工作频率也会受到限制，如PI N 管就不能控制直流或低频信号的通断。受管子截止频率的影响,开关还有一个上限工作频率。要求开关的频带尽量宽，因为信号源的频带越来越宽。
PIN二极管衰减器 简介 衰减器[1]的目的是介绍损失时，两个电阻阻抗已知数额的运作网络：Z in = Z1 and Z out = Z2。 Z1和Z2被定义为该衰减器连接的终端阻抗。 相合衰减器 如果匹配衰减器输入到Z2 Z1和输出，电路是一个匹配衰减器和损失，完全是由于传输损耗，而不是反射损失。来源（输入）和负载（输出），可逆转，因为电阻网络的倒数。如果Z1的= z2在由此产生的匹配衰减器的设计被认为是对称的，或展示网络的对称性。匹配衰减网络可以是平衡或不平衡（相对于地），在源阻抗的确切性质和负载阻抗而定。 衰减器配置的原则和平衡，不平衡，对称的形式，例如出现在图3.1，3.2和3.3。这些将在本章中提到的PIN二极管衰减器后来得到了设计。 图3.1不平衡T，平衡H和T和对称ħ 图3.2不平衡B，平衡O和对称B和O
图3.3 桥T和桥ħ 设计公式的不平衡-对称案件情况如下，因为他们在后面的章节中的作用。在这些设计公式所用符号代表意义如下： Z1和Z2是阻抗（电阻），以该衰减器匹配终端。 Z = Z1 = Z2（对称情况） N是由从源头上衰减器，以提供给负载的功率吸收功率的比值。 K为衰减器的输入电流，输出到负载电流比。 K = (N)1/2为对称的情况下 A = 衰减(dB) = 10 log(N) or 20 log (K) 对称T R1 = Z [ 1 - 2 / (K + 1)] R3 = 2Z / [ K - 1 / K ] 对称B R1 = Z [ 1 + 2 / ( K - 1) ] R3 = Z [K - 1 / K] / 2 桥接T R1 = R2 = Z R3 = Z / (K - 1) R4 = Z [ K - 1] 对于其他案件的设计公式，给出了文献[1] 反射衰减器： 如果条件不符合要求，简单的网络可以被设计成反射衰减器。 这些可能包括一个简单的变量系列或一个分流电阻元件，即通过展示必要的不匹配或传输线反射减弱。在这种情况下，衰减损失几乎完全是由于反射损失虽然有些Transmissiom可能会出现少量亏损。反射衰减器的例子发生在本章后面。 衰减器的PIN二极管 所有基本衰减器配置可以实现插入变量的电阻在图3.1，3.2和3.3的地方电流控制电阻器（PIN二极管）。在对称微波桥接t衰减器中，R1 = R2 = Zo = 50欧姆，和R3和R4的情况是可变电阻器，由PIN二极管取代。 可变衰减器与可变电阻元件的PIN二极管，使用正向偏置电阻特性（图3.4）在其完成了将近正向偏置距离设备。极低的电流范围，因为要避免（见附录A）在低电流值时，PIN二极管的存储电荷（Q报告=如果x J）是小，二极管可以纠正，造成衰减器的信号失真增加。