Dioda PIN stanowi zmianę złącza PN dla określonych zastosowań. Po dioda złącza PN została opracowana w latach czterdziestych XX wieku, po raz pierwszy zastosowano diodę jako prostownik dużej mocy, małej częstotliwości w 1952 roku. Wystąpienie warstwy wewnętrznej może znacznie zwiększyć napięcie przebicia przy zastosowaniu wysokiego napięcia. Ta wewnętrzna warstwa oferuje również ekscytujące właściwości, gdy urządzenie działa na wysokich częstotliwościach w zakresie fal radiowych i mikrofal. Dioda PIN to jedyny rodzaj diody z niedopasowanym, szerokim wewnętrznym obszarem półprzewodnikowym pomiędzy regionem półprzewodników typu P i N. Regiony te są zwykle silnie domieszkowane, ponieważ są używane do kontaktów omowych. Szerszy obszar wewnętrzny jest obojętny na zwykłą diodę p – n. Ten region sprawia, że dioda jest gorszym prostownikiem, ale nadaje się do szybkich przełączników, tłumików, fotodetektorów i zastosowań w elektronice mocy wysokiego napięcia.
Zarys układu diody PIN
Co to jest dioda PIN?
Dioda PIN to jeden rodzaj fotodetektora, służący do zamiany sygnału optycznego na sygnał elektryczny. Dioda PIN składa się z trzech regionów, a mianowicie regionu P, regionu I i regionu N. Zazwyczaj oba regiony P i N są silnie domieszkowane, ponieważ są wykorzystywane do styków omowych. Wewnętrzny obszar diody jest w przeciwieństwie do diody złączowej PN. Region ten sprawia, że dioda PIN jest dolnym prostownikiem, ale nadaje się do szybkich przełączników, tłumików, fotodetektorów i zastosowania elektroniki mocy wysokiego napięcia .
Dioda PIN
Struktura i działanie diody PIN
Termin dioda PIN zawdzięcza swoją nazwę trzem głównym warstwom. Zamiast mieć tylko warstwę typu P i warstwę typu N, ma trzy warstwy, takie jak
- Warstwa typu P.
- Warstwa wewnętrzna
- Warstwa typu N.
Zasada działania diody PIN jest dokładnie taka sama jak zwykłej diody. Główną różnicą jest to, że obszar zubożenia, ponieważ normalnie istnieje między obydwoma regionami P&N w diodzie spolaryzowanej odwrotnie lub nieobciążonej, jest większy. W każdej diodzie złączowej PN region P zawiera otwory, ponieważ został domieszkowany, aby upewnić się, że ma większość otworów. Podobnie region N został domieszkowany, aby zatrzymać nadmiar elektronów.
Struktura diody PIN
Warstwa między regionami P&N nie zawiera żadnych nośników ładunku, ponieważ wszelkie elektrony lub dziury łączą się. Ponieważ obszar zubożenia diody nie ma nośników ładunku, działa ona jako izolator. Obszar zubożenia istnieje w diodzie PIN, ale jeśli dioda PIN jest spolaryzowana do przodu, to nośniki wchodzą do obszaru zubożenia i gdy dwa typy nośnych łączą się, rozpocznie się przepływ prądu.
Gdy dioda PIN jest podłączona z polaryzacją do przodu, nośniki ładunku są znacznie wyższe niż poziom uwagi wewnętrznej nośnej. Z tego powodu pole elektryczne i wysoki poziom wtrysku sięgają głęboko w ten region. To pole elektryczne pomaga w przyspieszeniu przemieszczania się nośników ładunku z obszaru P do N, co skutkuje szybszym działaniem diody PIN, czyniąc ją odpowiednim urządzeniem do operacji o wysokiej częstotliwości.
Zastosowania diod PIN
Zastosowania kodu PIN obejmują głównie następujące obszary
- Dioda PIN służy jako prostownik wysokiego napięcia. Wewnętrzna warstwa diody zapewnia przegrodę między obiema warstwami, umożliwiając tolerowanie wyższych napięć wstecznych
- Dioda PIN jest używana jako idealny przełącznik częstotliwości radiowej. Wewnętrzna warstwa między warstwami P&N zwiększa przestrzeń między nimi. Zmniejsza to również pojemność między oboma regionami, zwiększając w ten sposób poziom izolacji, gdy dioda PIN jest spolaryzowana odwrotnie.
- Dioda PIN jest używana jako fotodetektor aby przekształcić światło w prąd, który ma miejsce w warstwie zubożonej fotodiody, podniesienie warstwy zubożonej poprzez włożenie warstwy wewnętrznej zwiększa wydajność poprzez zwiększenie objętości, w której zachodzi zmiana światła.
- Dioda ta jest idealnym elementem umożliwiającym przełączanie elektroniki w zastosowaniach elektronicznych. Jest przydatny głównie w zastosowaniach projektowych RF, a także do zapewnienia przełączania lub elementu tłumiącego w tłumikach RF i przełącznikach RF. Dioda PIN może zapewnić znacznie wyższy poziom spójności niż przekaźniki RF, które są często jedyną alternatywą.
- Główne zastosowania diody PIN zostały omówione powyżej, chociaż można je również zastosować w innych obszarach
Charakterystyka diody PIN
Charakterystyka diody PIN jest następująca
Jest to zgodne z typowym równaniem diody dla sygnałów o małej częstotliwości. Przy wyższych częstotliwościach dioda PIN wygląda jak w przybliżeniu idealny rezystor. W wewnętrznym regionie istnieje zbiór zmagazynowanych ładunków. Przy małych częstotliwościach ładunek może zostać odłączony, a dioda wyłączona.
Przy wyższych częstotliwościach nie ma czasu na wyeliminowanie ładunku, więc dioda PIN nigdy się nie wyłącza. Dioda ma skrócony czas powrotu do tyłu. Dioda PIN odpowiednio spolaryzowana, dlatego działa jako rezystor zmienny. Ta rezystancja wysokiej częstotliwości może się różnić w szerokim zakresie (od 0,1 Ω do 10 kΩ w niektórych przypadkach praktyczny zakres jest jednak mniejszy).
Szerszy obszar wewnętrzny oznacza również, że dioda PIN będzie miała niską pojemność po spolaryzowaniu wstecznym. W tej diodzie obszar zubożenia istnieje całkowicie w obszarze wewnętrznym. Ten obszar zubożenia jest znacznie lepszy niż w przypadku diody PN i ma prawie stały rozmiar, niezależnie od odwrotnego odchylenia zastosowanego w diodzie PN.
Zwiększa to ilość, w której pary elektronów-dziur mogą być wytwarzane przez foton występujący. Niektóre fotodetektory, takie jak fototranzystory a fotodiody PIN wykorzystują w swojej konstrukcji złącze PIN.
Konstrukcja diody PIN ma pewne kompromisy konstrukcyjne. Zwiększenie wielkości obszaru wewnętrznego pozwala diodzie wyglądać jak rezystor przy mniejszych częstotliwościach. Szkodliwie wpływa to na czas wymagany do wyłączenia diody i jej pojemności bocznikowej. Dlatego ważne jest, aby wybrać urządzenie o najbardziej odpowiednich właściwościach do konkretnego zastosowania
Chodzi więc o podstawy, działanie i aplikacje diody PIN. Mamy nadzieję, że lepiej zrozumieliście tę koncepcję realizować wszelkie projekty elektryczne i elektroniczne , podaj cenne sugestie, komentując w sekcji komentarzy poniżej. Oto pytanie do Ciebie, jaką funkcję pełni dioda PIN?
