一文详解射频电路的PIN二极管

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PIN二极管是射频电路里的一种重要元件。 PIN二极管与普通二极管的不同之处在于，PIN二极管在PN结之间，还有一个未掺杂的本征半导体层，即：I层。 从半导体物理的原理层面来说，理解PIN二极管的特性，对于无线电技术来说，没有太大必要，我们只需要了解，当PIN二极管通过正向电流时，它对射频信号的电阻会随着直流电流的增大而减小，而当直流电流减小到0时，它的射频电阻则会趋于极大。 PIN二极管因为多了一个本征I层，所以，它的结电容很小，通常在1pF以下。 PIN二极管还有一个参数是，特征频率，对于大多数PIN二极管来说，通常是1MHz左右。 PIN二极管，对高于特征频率的射频信号，表现为一个电阻，而低于的，表现为像一个普通整流二极管。 应用于射频系统的PIN二极管主要分两类： 1、是可变电阻式的。2、是开关式的。 实际上，后者可以理解为前者的特例，即：开关型PIN二极管只需很小的正向直流电流控制，便可具备极小的射频电阻。 BRA64和BRA63是市场上常见的PIN二极管，它们的If-RF特性曲线如下图所示：

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可见，开关型的BAR63在1mA的正向电流下，射频电阻仅2欧姆，而BAR64的射频电阻随着正向电流在很宽的范围内变化，是个理想的射频可变电阻。下图是PIN二极管的基本应用电路： 图中，当控制电压VT使PIN二极管导通时，射频信号通道呈现低阻抗状态，而VT为零或者为负值时，二极管截止，射频通道呈现高阻抗状态。 这样就实现了射频开关或者射频可变电阻的功能。 然而实际用PIN二极管设计开关或者衰减器时，不会这么简单。 而是使用更多的PIN二极管，可以实现更高的隔离度，或者达到更宽的衰减器调节范围。 在小信号状态下，普通高频二极管（如：1N4148）也可以代替PIN二极管实现射频开关的功能。但是PIN二极管不论用做开关还是衰减器，都可以用不很大的直流电流取控制非常强的射频信号（只要不超过PIN功耗的极限）。 PIN二极管独特的内部结构，尅确保它对射频信号始终表现为一个线性电阻的性质，而开关型的PIN二极管则智能对峰值低于它的导通阀值的射频信号实现开关控制。 PIN二极管是射频电路中常用的元件，但是价格远高于普通二极管，实际上对于50MHz以下的应用，很多高反压的低频小电流整流管是很好的开关型PIN的代用品。因为，这些高反压二极管本身就是PIN结构的，只是结电容稍大一些，比如1N4007的结电容大约是10pF。多数微玻璃封装（DO-35）的高反压结电容在5pF以下，用于50MHz以下的射频信号，毫无问题。
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在射频电路中基本都要用到PIN二极管