射頻控制電路中PIN二極管工作原理及作用

  PIN二極管是一種在普通二極管的PN結中間加入了一層薄的低濃度摻雜的征半導體，因為有這層薄的低摻雜的本征半導體 (I區）的存在使它在射頻電路中表現出與普通二極管的不一樣的特性，既對射頻信號只呈現線性電阻的作用。在DFIOOA型發射機的射頻增益控制放大器電路中我們主要應用其阻抗變化的特性來達到簡化設備，提高設備可靠性的目的。
 
  1. PIN二極管的特性
  PIN二極管由圖1可以看出是在PN結之間加入了一個I區，在這個I區是在本征導體的基礎上加了低濃度的N型或者P型雜質。由于摻雜濃度低，它的載流子少不能提供電流，因此I區呈現出近乎絕緣的特性。

 
  1.1 直流工作狀態
  直流狀態：當無外加電壓時PIN二極管因為I區由于耗盡層的存在呈現高阻抗特性。當給PIN二極管提供正向偏置電壓時，P區和N區的載流子進入I區，并在I區中復合，但由于I區中摻雜濃度低，不會像PN結二極管中一樣立即復合，經過有一定的延遲時間后達到電流穩定狀態，而I區中有一定的載流子的存在電阻就會降低呈現低阻抗狀態。當外加反向偏置電壓時，由于本己存在的內建電場得到加強，使得空間電荷區變寬，此時的PIN二極管類似于一個電阻串聯一個電容。
 
  1.2 射頻工作狀態
  射頻狀態：對于同一類型的PIN二極管當外加低頻信號時，由于頻率較低載流子在I區的渡越時間較短可以忽略不計，其呈現出與普通二極管一樣的特性，對低頻信號進行整流等與PN二極管相同的作用。當信號頻率升高到一定程度，載流子在I區中的渡越時間相對于信號周期不能忽略不計。信號在正負半周交替時，載流子從I區兩側同時注入，擴散的時間還未達到完全復合時，外部信號周期已經由正變負，載流子在I區中的復合作用而減少，但由于載流子在I區中的存在時間大于信號的半周期，所以載流子還沒有完全復合外加信號又由負變正，因而I區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到截至狀態，而對于高頻信號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的特性可以看出；利用這一特性，可以在DF100A型發射機射頻增益控制電路中，用于衰減信號來保護和調整發射機狀態。
 
  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型發射機的發射狀態和設備安全，必須使用手動和自動控制系統來對發射機進行調節，射頻增益控制放大器就是其中之一。運用PIN二極管在有直流偏置電流時，其阻抗也隨之成反比改變的原理，在需要短路射頻信號時使其阻抗變小來達到衰減信號的作用。實際電路中選用兩級直流放大共射級放大器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。電路中第一級放大器Q1的基級電位由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的基級電位由R2、R3和Q1的Uce決定。Q1基級接在R1、R13 和6R4串聯電路中的R1和R13之間，U1和02電路也接于此。
 
  射頻信號經R15、R16和L2組成的濾波網絡通過耦合電容C6送到三極管Q3基級，共射級三極管Q3和共集電極三極管Q4組成的放大電路進行放大，另外一部分通過耦合電容C5送入PIN二極管的正向端，Q2的發射級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
  當調整6R4減小時，Q1基級偏置電位變小使得Q2基級偏置電位升高，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PIN二極管的射頻阻抗減小，射頻激勵信號就會通過耦合電容C5和PIN二極管接地，相應的Q3的輸入變小：反之6R4增大Q2的輸出電流減小，PIN二極管的射頻阻抗增大，Q3的輸入信號就會變大；從上述變化看出可以達到手動控制射頻信號的目的。自動控制部分由于高前陰流和高末柵流取樣送來的直流負電壓分別接到光電耦合器U1, U2中發光二極管的負端（2腳），發光二極管正端接地。當有高前陰流或高末柵流過流時直流負電壓將更低則發光二極管發光，光電耦合器中的三極管導通從而改變Q1的基級電位，使得截至，Q2隨之增大，PIN二極管CR1正向偏置射頻阻抗減小，射頻激勵信號也就被衰減。
 
  3. 結語
  從上所述可以看出，無論是在手動還是自動控制射頻增益，都是通過應用PIN二極管在直流偏置時阻抗變化的特性來間接實現，從而避免信號干擾。



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