Pin Dioda 55v5y

Info elektronika

Upotreba p-i-n diode P-i-n ili (PIN) dioda je poluprovodni~ka dioda koja sadr`i region skoro ~istog (i-tipa) poluprovodnika izme|u regiona p-tipa i n-tipa. Osiroma{eni sloj pridru`en p-n spoju je potpuno sadr`an unutar regiona i-tipa u p-i-n strukturi. Pri signalima niskih frekvencija dioda se pona{a sli~no normalnom p-n spoju, ali pri vi{im frekvencijama pokazuje promenljivu otpornost. P-i-n dioda se uveliko koristi kao modulator i prekida~ u mikrotalasnim sistemima.

Slika 1. (A) Dioda sa PN spojem; (B) P-I-N dioda. Razmotrimo neke primene p-i-n diode. Ve}ina modernih radio primopredajnika koriste preklapanje izme|u stanja prijema i predaje bez releja. Preklapanje bez releja obi~no se vr{i pomo}u p-i-n dioda. Me|ufrekventni (MF) filtri prijemnika i ulazni filtri propusnici opsega biraju se preklopnikom sa prednje plo~e koji preklapa samo jednosmernu struju. Kako? Ponovo, p-i-n diode. Ove interesantne male komponente omogu}avaju nam da izvr{imo preklapanje na RF, MF i audio frekvencijama bez razvo|enja signala kroz celo ku}i{te. U ovom ~lanku vide}emo kako ova kola rade. P-i-n dioda se razlikuje od standardne diode sa p-n spojem (vidi Sliku 1A). Ona ima izoluju}i (intrinsic - ~ist, odakle poti~e “i” iz “p-i-n”) region izme|u p- i n-tipa materijala (Slika1B). Zbog toga multiregionske poluprovodni~ke komponente mrze {to imaju samo dve elektrode. I-region nije stvarno pravi poluprovodni~ki izolator, nego je ~esto vrlo slabo dopiran region n-tipa. On se zove intrinsic region zato {to ima vrlo malo nosioca elektriciteta koji bi vodili elektri~nu struju. Kada se direktno polarisani napon dovede na p-i-n diodu, nosioci elektriciteta se ubacuju u i-region iz oba, i n- i p-regiona. Po{to je ~ist region blago dopiran nosioci elektriciteta ne rekombinuju se (kao u diodama sa p-n spojem). Uvek postoji period ka{njenja za rekombinaciju. Zbog ovog fenomena ka{njenja, uvek postoji mali ali uvek kona~an broj nosilaca u i-regionu koji su nekombinovani. Kao rezultat, vrlo je niska otpornost i-regiona.

Literatura: “Elektor Electronics” 5/97

Jedna aplikacija koja rezultuje ka{njenjem prolaska signala kroz ~ist region je ta u kojoj p-i-n dioda mo`e biti kori{}ena kao RF info ELEKTRONIKA 26 • 26

pomera~ faze. U nekim mikrotalasnim antenama pomeranje faze posti`e se kori{}enjem jedne ili vi{e p-i-n dioda u seriji sa signalnom linijom. I ako postoje drugi oblici RF pomera~a faze koji se koriste na ovim frekvencijama, p-i-n dioda i dalje ostaje popularna. Nekoliko stilova pakovanja koriste se za p-i-n diode pri malim nivoima snage signala. Ve}ina njih bi}e poznata ve}ini ~italaca, ali neke }e verovatno prepoznati samo oni ljudi sa nekim iskustvom u UHFu i kolima za konvertovanje. NTE-553 i ECG-553 p-i-n diode mogu disipirati 200 mW, a koriste standardno cilindri~no pakovanje. NTE-555 i ECG-555 komponente, sa druge strane, koriste UHF pljosnato pakovanje i mogu disipirati 400 mW. Ove diode kori{}ene su za izvo|enje eksperimenata prilikom pisanja ovog ~lanka, po{to su one u spisku rezervnog materijala, i oba tipa, ECG i NTE se {iroko distribuiraju u lokalnim prodavnicama delova. Alternativa koja se te`e mo`e na}i je MPN3404, koja koristi TO-92 plasti~no ku}i{te. Signali radio frekvencija mogu pro}i kroz pin komponentu i ustvari videti je na neki na~in kao kondenzator sa paralelnim plo~ama. P-i-n diode mo`emo koristiti kao elektronske prekida~e za RF signale, kao RF liniju za ka{njenje ili pomera~ faze, ili kao amplitudni modulator.

Kola za preklapanje sa p-i-n diodom P-i-n diode mogu se koristiti kao prekida~i bilo u serijskom bilo u paralelnom modu. Slika 2 prikazuje dva sli~na prekida~ka kola. U kolu sa Slike 2A dioda (D1) postavljena je u seriju sa signalnom linijom. Kada se dioda uklju~i, put signala ima ni-

Info elektronika izolacije (Primedba: za ovaj eksperiment kori{}ene su ECG-555 i NTE-555 p-i-n diode sa vru}im nosiocima). Slika 4 prikazuje kolo za preklopnik sa {ant p-i-n diodom. U ovom slu~aju, dioda je postavljena izme|u signalnih linija, umesto u seriji sa njima. Kada je dioda isklju~ena, otpornost izme|u puteva signala je velika, tako da rad kola nije poreme}en. Ali kada je dioda uklju~ena (S1 zatvoren), skoro kratak spoj postavlja se izme|u linija. Ovaj tip kola isklju~uje se kada je dioda direktno polarisana. Ovakav rad suprotan je serijskom prekida~u u kome je direktna polarizacija diode iskori{}ena da uklju~i kolo.

Slika 2. Kola za serijsko prekidanje sa p-i-n diodom: (A) napajana preko RF prigu{nice (B) napajana preko RF otpornika sku otpornost, a kada se dioda isklju~i ima vrlo visoku otpornost (na taj na~in omogu}ava prekidanje). Kada je prekida~ S1 otvoren dioda je nepolarisana, tako da je kolo otvoreno sa vrlo visokom serijskom otporno{}u. Ali kada je S1 zatvoren, dioda je direktno polarisana i put signala je sada nisko otporan. Odnos isklju~ene/uklju~ene otpornosti omogu}ava merenje izolacije ostvareno pomo}u kola. Par radio frekventnih prigu{nica (RFC1 i RFC2) koriste se da obezbede visoku impedansu za RF signale, dok za DC imaju nisku otpornost. Slika 2B je sli~na slici 2A osim {to su RF prigu{nice obrisane, a dodati su otpornici. Slika 3 prikazuje test koji je izvr{en na kolima sa Slike 2B kori{}enjem MF signala od 455 kHz (osciloskop je postavljen da poka`e samo nekoliko perioda od 455 kHz). Gornji talasni oblik na slici 3A prikazuje ulazni signal, dok donji prikazuje izlazni signal. Amplituda skoro neoslabljenog izlaznog signala je 1.200 mV od vrha do vrha. Talasni oblik na slici 3B prikazuje iste signale kada je prekida~ otvoren (npr. +12 V DC isklju~en), a osciloskop je postavljen na isti nivo. Pove}anjem osetljivosti osciloskopa prikazuje da nivo od 12 mV prolazi. To zna~i da ovo najjednostavnije kolo obezbe|uje odnos 100:1 uklju~eno/isklju~eno, {to je 40 dB

Kombinacija serijskog i {ant kola prikazana je na slici 5. U ovom kolu, D1 i D2 postavljene su u seriji sa signalnom linijom, dok je D3 paralelna sa njom. D1 i D2 }e se uklju~iti kada se dovede pozitivan napon, dok se D3 uklju~uje dovo|enjem negativnog napona. Kada je preklopnik S1 u ni`oj poziciji, pozitivan napon se dovodi na spoj tri diode. Kao rezultat, D1 i D2 direktno su polarisane pa zato imaju nisku otpornost. U isto vreme, D3 je jako inverzno polarisana, tako da ona ima vrlo visoku impedansu. Signal prolazi od ulaza do izlaza skoro nepromenjen (ve}ina p-i-n dioda ima vrlo nisku serijsku otpornost).

Slika 3. Spojeni i odspojeni ulazni/izlazni talasni oblici Druga primena je prikazana na slici 6. Ovde imamo par p-i-n dioda kori{}enih kao preklopnik predaja/prijem (T/R) u radio predajniku; ovu tehniku koriste modeli od niskih HF do mikrotalasa. Gde god da vi-

Ali kada je S1 u gornjoj poziciji, de{ava se suprotna situacija. U ovom slu~aju, dovodi se negativan potencijal, tako da su D1 i D2 inverzno polarisane (i imaju visoku serijsku otpornost), dok je D3 direktno polarisana (i ima nisku serijsku otpornost). Ovakav rad kola posti`e neverovatno jako oslabljivanje signala izme|u ulaza i izlaza.

Ostale primene p-i-n diode Kada se koristi kao prekida~, p-i-n dioda mo`e biti kori{}ena da prekida komponente kao {to su atenuatori, filtri i poja~ava~i u ili van kola. Postaje standardna praksa u modernim radio ure|ajima da preklapaju jednosmerni napon za polarizaciju pi-n dioda umesto da direktno preklapaju RF/MF signale. U nekim slu~ajevima, pi-n dioda mo`e biti kori{}ena za jednostavno prespajanje predajnog puta za premo{tavanje ure|aja. P-i-n dioda }e tako|e raditi i kao amplitudni modulator. U ovoj primeni, p-i-n dioda povezuje se izme|u predajnih linija ili ume}e u jedan kraj mikrotalasnog talasovoda. Audio modulacioni napon dovodi se preko RF prigu{nice na p-i-n diodu. Kada se CW signal dovede na predajnu liniju, promenljiva otpornost p-i-n diode izaziva da signal bude amplitudno modulisan. info ELEKTRONIKA 26 • 27

Slika 4. [ant prekida~ko kolo Slika 5. Serijsko-{ant prekida~ko kolo

Info elektronika cija ulaznog kola Heathkit SW-7800 op{te namenskog kratkotalasnog prijemnika.

Slika 6. P-I-N dioda za T/R preklapanje

Kolo sa slike 8 prikazuje kori{}enje preklopnika (S1) za spajanje ili odvajanje +12 V DC napona za polarizaciju dioda, dok je u pravom prijemniku ovaj napon digitalno kontrolisan. Elementi digitalne logike biraju koji od trideset opsega se koristi i selektuju odgovaraju}i ulazni RF filtar.

Atenuatori sa p-i-n diodom Jo{ jedna primena p-i-n dioda je kao naponski promenljivi atenuator u RF kolima. Zbog njihove karakteristike promenljive otpornosti, p-i-n dioda mo`e se koristiti u mnogim kolima atenuatora. Jedno od najjednostavnijih je {ant atenuator sa slike 9. P-i-n dioda radi kao elektronski promenljivi otpornik. Otpornost izme|u krajeva diode je funkcija dovedenog napona polarizacije. Ovaj napon, koji predstavlja stepen oslabljivanja RF signala, proporcionalan je polo`aju potenciometra R1. Serijski otpornik (R2) koristi se za ograni~enje struje kada je dioda direktno polarisana. Ovaj korak je neophodan, po{to dioda postaje vrlo mala otpornost ve} pri vrlo niskom dovedenom naponu. Ovo kolo koristi se kao kontrola RF poja~anja u mnogim modernim prijemnicima.

Slika 7. Preklapanje MF filtra propusnika opsega dite takozvani “TR preklopnik bez releja”, tu je uglavnom kori{}ena neka od mre`a sa p-i-n diodama kao na slici 6. Kada je prekida~ S1 otvoren, diode D1 i D2 su nepolarisane, tako da predstavljaju visoku impedansu signalu. Dioda D1 je u seriji sa predajnim signalom, tako da ga blokira od dolaska do antene; dioda D2, sa druge strane, je paralelna ulazu u prijemnik tako da uop{te ne oslabljuje ulazni signal prijemnika. Ali kada je prekida~ S1 zatvoren, de{ava se suprotna situacija: ni D1 ni D2 nisu direktno polarisane. Dioda D1 sada ima nisku otpornost u seriji sa predajnim izlaznim signalom, tako da je predajnik efektivno spojen na anteni. Dioda D2 tako|e ima nisku otpornost, a nalazi se paralelno

sa ulazom u prijemnik, tako da izaziva njegovo kratko spajanje. Slika 7 prikazuje kako se vi{estruki MF filtri propusnici opsega biraju razvo|enjem samo DC napona izme|u kola i prednje plo~e. Kada je preklopnik u prikazanom polo`aju, V+ se dovodi na diode filtra br. 2, a V- na njihov BPF1; tako je filtar br. 2 aktiviran a BPF1 blokiran. Kada je preklopnik u suprotnom polo`aju, uklju~uje se drugi filtar. Ista ovakva konfiguracija mo`e se koristiti i za ulazne stepene prijemnika, ili za lokalni oscilator, za izbor LC komponenti za razli~ite opsege. Drugi na~in izbora filtara prikazan je na slici 8. Ovo kolo je delimi~na reprezentainfo ELEKTRONIKA 26 • 28

Slika 8. Preklapanje ulaznog filtra Slika 9. Kolo jednostavnog promenljivog RF atenuatora