肖林立

（國(guó)家新聞廣電總局724臺(tái)，陜西寶雞，721000）

PIN二極管原理及其在射頻增益控制放大器中的作用

肖林立

（國(guó)家新聞廣電總局724臺(tái)，陜西寶雞，721000）

文章主要介紹PIN二極管的原理及在射頻增益控制放大器中的作用。

PIN二極管；射頻增益控制

0 引言

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DF100A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)，由于本已存在的內(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U2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?。环粗?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Q1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

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。

[1]廣播電視發(fā)射與傳輸維護(hù)手冊(cè)（第四分冊(cè)）《維護(hù)手冊(cè)》編委會(huì).

[2]模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版).華成英、童詩(shī)白著.

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，

The principle of PIN diode and its role in RF gain control amplifier

Xiao Linli
(State Administration of radio, film and television 724,Baoji Shaanxi, 72100)

This paper introduces the principle of PIN diode and its role in the RF gain control amplifier.

PIN diode;RF gain control

肖林麗（1998-），男，漢族，籍貫陜西寶雞，本科，助理，工程師，研究方向：DF100AKW 短波發(fā)射機(jī)操作與維護(hù)。