El diodo PIN es un tipo de diodo , en el que entre las regiones de conductividad electrónica (n) y hueco (p) hay un semiconductor intrínseco (no dopado, intrínseco en inglés ) ( región i ). Las regiones p y n tienden a estar fuertemente dopadas , ya que a menudo se usan para el contacto óhmico con el metal.
La amplia región i sin dopar hace que el diodo PIN sea un rectificador deficiente (una aplicación común para un diodo), pero por otro lado, esto permite que se use en atenuadores (atenuadores de señal), interruptores rápidos, fotodetectores , así como alta electronica de voltaje
Como regla general, está diseñado para funcionar en el rango de onda centimétrica.
Las cualidades características de un diodo pin aparecen cuando se opera en el modo de inyección fuerte , cuando la región i se llena con portadores de carga de las regiones n+ y p+ fuertemente dopadas, a las que se aplica un voltaje de polarización directa. El diodo PIN se puede comparar funcionalmente con un balde de agua con un agujero en el costado: tan pronto como el balde se llena hasta el nivel del agujero, comienza a gotear. De la misma manera, el diodo comienza a pasar corriente tan pronto como la región i se llena de portadores de carga .
Debido a que la región i tiene una concentración muy baja de portadores de carga, prácticamente no hay procesos de recombinación durante la inyección. Pero en el modo de polarización directa, la concentración de portadores de carga es varios órdenes de magnitud mayor que su propia concentración.
A bajas frecuencias, se aplican las mismas ecuaciones para un diodo PIN que para uno normal. A altas frecuencias, el diodo PIN se comporta como una resistencia casi ideal : su característica de corriente-voltaje (CVC) es lineal incluso para un valor de voltaje muy grande. A altas frecuencias, hay una gran cantidad de carga acumulada en la región i , lo que permite que el diodo funcione. A bajas frecuencias, la carga en la región i se recombina y el diodo se apaga.
La reactancia es inversamente proporcional a la corriente continua que circula por el diodo PIN. Por lo tanto, es posible variar el valor de la resistencia en un amplio rango, desde 0,1 ohmios hasta 10 kOhm , cambiando el componente de CC de la corriente.
El gran ancho de la región i también significa que el diodo PIN tiene poca capacitancia cuando se polariza inversamente.
Las regiones de carga espacial (SCR) en un diodo PIN están ubicadas casi por completo en la región i . Comparado con el convencional, el diodo PIN tiene un SCR mucho más grande, cuyos límites varían ligeramente dependiendo del voltaje inverso aplicado. Por lo tanto, aumenta el volumen del semiconductor, donde se pueden formar pares de agujeros de electrones bajo la influencia de la radiación (por ejemplo, óptico - fotón ). Algunos fotodetectores, como los fotodiodos PIN y los fototransistores (en los que la unión base-colector es un diodo PIN), utilizan una unión PIN para implementar la función de detección.
Al diseñar un diodo PIN, se debe buscar un compromiso: por un lado, al aumentar el tamaño de la región i (y, en consecuencia, la cantidad de carga acumulada), se puede lograr un comportamiento resistivo del diodo en frecuencias más bajas, pero por otro lado, para la recombinación de carga y la transición al estado cerrado llevará más tiempo. Por lo tanto, como regla general, los diodos PIN están diseñados para una aplicación específica cada vez.
Los diodos PIN se utilizan normalmente como interruptores en rutas de radio y microondas , atenuadores, moduladores, interruptores y fotodetectores.
Según el campo de aplicación, los diodos PIN se dividen en:
Con polarización cero o inversa, el diodo PIN tiene poca capacitancia. Una pequeña capacitancia no transmite una señal de alta frecuencia. Con polarización directa y corriente de 1 mA , un diodo pin típico tiene una reactancia del orden de 1 ohm, lo que lo convierte en un buen conductor en la ruta de RF. Entonces, un diodo pin se puede usar como un buen interruptor de RF y microondas.
Los relés de RF también se utilizan como interruptores, pero a una velocidad más lenta (tiempo de conmutación ~ 10 ms ), mientras que los diodos PIN son mucho más rápidos: decenas de nanosegundos, unidades de microsegundos.
La capacitancia de un diodo PIN discreto es de aproximadamente 1 pF . A una frecuencia de 320 MHz , la reactancia de tal capacitancia es de ~ 500 ohmios. En sistemas clasificados para 50 ohmios, la atenuación de la señal será de unos 20 dB , lo que no es suficiente en algunas aplicaciones. En aplicaciones que requieren más aislamiento, los interruptores se conectan en cascada: una cascada de 3 diodos proporciona una atenuación de 60 dB o más (hasta 100 dB dependiendo de la frecuencia).
Al variar la corriente a través del diodo PIN, puede cambiar rápidamente la reactancia.
A altas frecuencias, la reactancia de un diodo PIN es inversamente proporcional a la corriente. En consecuencia, el diodo PIN se puede utilizar como un atenuador controlado, por ejemplo, en circuitos moduladores de amplitud y de cambio de nivel.
El diodo PIN se puede utilizar, por ejemplo, como puente o resistencia de derivación en un circuito atenuador de puente en T.
Los diodos PIN a veces se usan para proteger dispositivos en las entradas para mediciones de alta frecuencia. Si la señal de entrada es pequeña y está en el rango de valores aceptables, entonces el diodo PIN, como una pequeña capacitancia, introduce una distorsión mínima. Cuando la señal aumenta y va más allá de los límites permitidos, el diodo PIN comienza a conducir y se convierte en una resistencia que desvía la señal a tierra.
El diodo PIN se puede utilizar en tarjetas de red y conmutadores para cables de fibra óptica. En estas aplicaciones, el diodo PIN se utiliza como fotodiodo .
Como fotodetector, el diodo PIN funciona con polarización inversa. Al mismo tiempo, está cerrado y no pasa corriente (a excepción de una pequeña corriente de fuga). El fotón entra en la región i , dando lugar a la formación de pares electrón-hueco. Los portadores de carga que ingresan al campo eléctrico SCR comienzan a moverse hacia regiones altamente dopadas, creando una corriente eléctrica que puede ser detectada por un circuito externo. La conductividad del diodo depende de la longitud de onda, la intensidad y la frecuencia de modulación de la radiación incidente.
La magnitud del voltaje inverso puede alcanzar valores grandes, mientras que un voltaje mayor crea un campo más grande, lo que saca a los portadores de la región i del SCR más rápidamente.
Algunos detectores pueden utilizar el efecto de la multiplicación de avalanchas de portadores de carga .
Los diodos PIN basados en diamantes que utilizan el fenómeno de superinyección se pueden utilizar como dispositivos emisores de luz. [una]
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