PIN-diode er en slags diode , hvor der mellem regionerne med elektronisk (n) og hul (p) ledningsevne er en iboende (udopet, engelsk intrinsic) halvleder ( i - region). p- og n-områderne har tendens til at være stærkt dopede , da de ofte bruges til ohmsk kontakt med metallet.
Den brede udopede i -region gør PIN-dioden til en dårlig ensretter (en almindelig applikation for en diode), men på den anden side gør dette det muligt at bruge den i dæmpere (signaldæmpere), hurtige kontakter, fotodetektorer , samt høje spændingselektronik.
Som regel er den designet til at arbejde i centimeterbølgeområdet.
De karakteristiske egenskaber af en stiftdiode viser sig, når den opererer i den stærke injektionstilstand , når i - området er fyldt med ladningsbærere fra stærkt doterede n+ og p+ områder, hvortil der påføres en fremadgående biasspænding. PIN-dioden kan funktionelt sammenlignes med en spand vand med et hul i siden: Så snart spanden er fyldt til niveau med hullet, begynder den at lække. På samme måde begynder dioden at sende strøm, så snart i -regionen er fyldt med ladningsbærere .
På grund af det faktum, at i - regionen har en meget lav koncentration af ladningsbærere, er der praktisk talt ingen rekombinationsprocesser under injektion. Men i den fremadrettede bias-tilstand er koncentrationen af ladningsbærere flere størrelsesordener højere end dens egen koncentration.
Ved lave frekvenser gælder de samme ligninger for en PIN-diode som for en almindelig. Ved høje frekvenser opfører PIN-dioden sig som en næsten ideel modstand - dens strøm-spændingskarakteristik (CVC) er lineær selv for en meget stor spændingsværdi. Ved høje frekvenser er der en stor mængde akkumuleret ladning i i -regionen, hvilket gør, at dioden kan arbejde. Ved lave frekvenser rekombinerer ladningen i i -regionen, og dioden slukker.
Reaktansen er omvendt proportional med den jævnstrøm, der strømmer gennem PIN-dioden. Det er således muligt at variere modstandsværdien over et bredt område - fra 0,1 Ohm til 10 kOhm - ved at ændre strømmens DC-komponent.
Den store bredde af i -regionen betyder også, at PIN-dioden har ringe kapacitans, når den er omvendt forspændt.
Rumladningsområderne (SCR'er) i en PIN-diode er næsten fuldstændigt placeret i i -regionen. Sammenlignet med konventionel har PIN-dioden en meget større SCR, hvis grænser varierer lidt afhængigt af den påførte omvendte spænding. Således øges volumenet af halvlederen, hvor elektron-hul-par kan dannes under påvirkning af stråling (for eksempel optisk - foton ). Nogle fotodetektorer, såsom PIN-fotodioder og fototransistorer (hvor basis-kollektorforbindelsen er en PIN-diode), bruger en PIN-forbindelse til at implementere detekteringsfunktionen.
Når man designer en PIN-diode, skal man lede efter et kompromis: På den ene side kan man ved at øge størrelsen af i - området (og følgelig mængden af akkumuleret ladning) opnå en resistiv adfærd af dioden ved lavere frekvenser, men på den anden side vil rekombination af ladning og overgang til lukket tilstand tage længere tid. Derfor er PIN-dioder som regel designet til en bestemt anvendelse hver gang.
PIN-dioder bruges typisk som switche i radio- og mikrobølgebaner , dæmpere, modulatorer, switche og fotodetektorer.
I henhold til anvendelsesområdet er PIN-dioder opdelt i:
Ved nul eller omvendt bias har PIN-dioden lille kapacitans. En lille kapacitans transmitterer ikke et højfrekvent signal. Med fremadgående bias og 1 mA strøm har en typisk pindiode en reaktans i størrelsesordenen 1 ohm, hvilket gør den til en god leder i RF-vejen. Så en pin diode kan bruges som en god RF og mikrobølge switch.
RF-relæer bruges også som afbrydere, men med en langsommere hastighed (omskiftningstid ~ 10 ms ), mens PIN-dioder er meget hurtigere: titusinder af nanosekunder, enheder på mikrosekunder.
Kapacitansen af en off-diskret PIN-diode er ca. 1 pF . Ved en frekvens på 320 MHz er reaktansen af en sådan kapacitans ~ 500 ohm. I systemer, der er normeret til 50 ohm, vil signaldæmpningen være omkring 20 dB , hvilket ikke er nok i nogle applikationer. I applikationer, der kræver mere isolation, er switchene kaskadekoblede: en 3-diode kaskade giver en dæmpning på 60dB eller mere (op til 100dB afhængig af frekvens).
Ved at variere strømmen gennem PIN-dioden kan du hurtigt ændre reaktansen.
Ved høje frekvenser er reaktansen af en PIN-diode omvendt proportional med strømmen. Følgelig kan PIN-dioden anvendes som en styret dæmper, for eksempel i amplitudemodulator- og niveauskifterkredsløb.
PIN-dioden kan f.eks. bruges som bro- eller shuntmodstand i et T-brodæmperkredsløb.
PIN-dioder bruges nogle gange til at beskytte enheder på indgange til højfrekvente målinger. Hvis indgangssignalet er lille og er inden for området af acceptable værdier, introducerer PIN-dioden, som en lille kapacitans, minimal forvrængning. Når signalet stiger og går ud over de tilladte grænser, begynder PIN-dioden at lede og bliver en modstand, der shunter signalet til jord.
PIN-dioden kan bruges i netværkskort og switches til fiberoptiske kabler. I disse applikationer bruges PIN-dioden som fotodiode .
Som fotodetektor arbejder PIN-dioden med omvendt bias. Samtidig er den lukket og passerer ikke strøm (med undtagelse af en lille lækstrøm). Fotonen kommer ind i i -regionen, hvilket giver anledning til dannelsen af elektron-hul-par. Ladningsbærere, der kommer ind i det elektriske SCR-felt, begynder at bevæge sig mod stærkt dopede områder, hvilket skaber en elektrisk strøm, der kan detekteres af et eksternt kredsløb. Diodens ledningsevne afhænger af den indfaldende strålings bølgelængde, intensitet og modulationsfrekvens.
Størrelsen af omvendt spænding kan nå store værdier, mens en større spænding skaber et større felt, som trækker bærerne ud af SCR i -regionen hurtigere.
Nogle detektorer kan bruge effekten af ladningsbærer lavine multiplikation .
Diamantbaserede PIN-dioder, der anvender superinjection- fænomenet , kan bruges som lysemitterende enheder. [en]
| Halvleder dioder | ||
|---|---|---|
| Efter aftale | ||
| LED'er | ||
| Udbedring | ||
| Generator dioder | ||
| Referencespændingskilder | ||
| Andet | ||
| se også |
| |