Материал: me_8204_1_PIN

3. Зависимости потерь пропускания и потерь запирания переключателя от частоты при постоянном напряжении 1,5 в.

Таблица 5 «Зависимость мощностей от частоты и рассчитанные значения потерь»

Рисунок 9.

Рисунок 10.

4. Экспериментальные зависимости переключателя.

Рисунок 11. «Сигнал без подключения диодов».

Левый диод, левый выход:

t_зап = 3,5 мкс

t_восст = 9,0 мкс

Правый диод, левый выход:

t_зап = 4,5 мкс

t_восст = 6,5 мкс

Рисунок 12. «Диод №1»

Выводы:

В ходе выполнения лабораторной работы были получены статические вольтамперные характеристики, имеющие более резистивный характер в сравнении с ВАХ детекторного диода, ввиду наличия низколегированного i-слоя, при этом отличия между диодами минимальны.

Рассчитаны потери пропускания и запирания обоих плеч измерительного тракта при постоянной частоте и получены зависимости, формирующие вывод о том, что потери существенны.

Определено напряжение смещения, при котором происходит наилучшее переключение, и потери при постоянном напряжении смещения. Зависимость носит сложный характер, аппроксимируемый полиномом от 4й степени. Для потерь запирания возможна грубая аппроксимация до линейной.

Определено время входа и рассасывания заряда. Из полученных данных можно судить о толщине i-слоя в исследуемых диодах, которая должна быть близка к диапазону 100-200 мкм. Так как согласно теоретическим положениям: «Для p-i-n диодов с толщиной i -области 100…200 мкм время переключения составляет 1…2 мкс, а у мощных диодов с толщиной i -области до 400 мкм оно может достигать десятков микросекунд».

Ответы на вопросы

1. p-i-n диоды (переключательные, ограничительные)

2. p-i-n диоды широко используются для управления уровнем и фазой СВЧ-сигналов, для коммутации и стабилизации СВЧ-мощности в линиях передач, для защиты радиотехнической аппаратуры от случайных СВЧ -импульсов. Переключательные диоды используются в переключательных устройствах, модуляторах, фазовращателях, аттенюаторах, а ограничительные – в устройствах ограничения и управления мощностью, защиты входных приемников.

3. Достоинства:

• Так как в переключателях на основе p-i-n диода используется принцип отражения, а не поглощения, в самом диоде поглощается небольшая часть мощности, что позволяет даже маломощному прибору управлять относительно большими уровнями мощности, значительно превышающими его допустимую мощность рассеяния.

• Переключатели на p-i-n диодах устойчивы в работе и имеют малые потери на СВЧ.

Недостатки:

• Отсутствие усиления

• Наличие эффекта накопления заряда

4. Современные образцы:

1. Переключательный СВЧ PIN-диод, 2(К)537А

Характеристики: Пробивное напряжение – 600 В, Рассеиваемая мощность – 20 Вт, Общая ёмкость – 3 пФ, Накопленный заряд (Qнк/Iпр) - 400-1000/100 Нк/мА, Прямое сопротивление (mp/Iпр) - 0,5/100 Ом/мА.

1. Ограничительный СВЧ PIN-диод, 2(К)А550А-5

Характеристики: Пробивное напряжение – 100-180 В, Рассеиваемая мощность – 5 Вт, Общая ёмкость – 0,2-0,6 пФ, Накопленный заряд (Qнк/Iпр) - 0,3-1,0/20 Нк/мА, Прямое сопротивление (mp/Iпр) - 0,6-1,0/100 Ом/мА.

5. Структура прибора

p-i-n диод состоит из трёх областей:

p и n области как правило легируются сильно, так как они часто используются для омического контакта к металлу. Между сильнолегированными областями находится нелегированная i-область, которая делает p-i-n диод плохим выпрямителем, но, с другой стороны, это позволяет использовать его в аттенюаторах и быстрых переключателях

6. Принцип действия:

p-i-n диод это разновидность диода, в котором между областями электронной и дырочной проводимости находится собственный нелегированный полупроводник i- область. p-i-n диод – плохой выпрямитель из за широкой i-области.

При работе в режиме сильной инжекции, проявляются качества p-i-n диода, когда i-область заполняется носителями заряда из сильнолегированных n- и p-областей, к которым прикладывается прямое смещение напряжение. Из-за того, что в и области очень низкая концентрация носителей заряда, там практически отсутствуют процессы рекомбинации во время инжекции, но в режиме прямого смещения, концентрация носителей заряда на несколько порядков превышает собственную концентрацию. Уменьшение концентрации носителей в i-области приводит к увеличению сопротивления i-области и всего диода. , поэтому его можно использовать в качестве мощного выпрямительного диода, у которого должны быть малое прямое и большое обратное, сопротивления.

На низких частотах p-i-n диод сравним с обычным диодом.

А на высоких частотах p-i-n диод ведет себя практически как идеальный резистор – его ВАХ линейна (даже для очень большого напряжения).

На высоких частотах в и области находится большое количество накопленного заряда, который позволяет диоду работать. На низких частотах заряд в i-области рекомбинирует и диод выключается. В p-i-n диоде высокочастотное сопротивление обратно пропорционально постоянному току, протекающему через него (Дифференциальное сопротивление при изменении знака напряжения изменяется на несколько порядков). Таким образом можно варьировать сопротивление в широких пределах (0,1Ом-10кОм), минуя постоянную составляющую тока.

Большая ширина i-области также означает, что p-i-n диод имеет небольшую емкость при обратном смещении. емкость, при изменении знака напряжения изменяется незначительно, поэтому возможно использование p-i-n диодов в СВЧ схемах с колебательными системами

7. Сравнение с другими аналогичными приборами:

В сравнении с обычным p-n переходом:

Удельная емкость p-i-n структур значительно меньше, чем у p-n переходов, что позволяет увеличивать площадь структур, а значит, и повышать предельно допустимую рассеиваемую мощность прибора. По этой же причине пробивное напряжение p-i-n структур может составлять от сотни вольт до единицы киловольт.

В сравнении с детекторным диодом:

ВАХ p-i-n диодов имеет более резистивный характер, что логично ввиду наличия низколегированной i-области. По этой же причине увеличение прямого тока начинается при больших напряжениях, а пробой наступит позже.