Diode en transistor
De PIN diode
Diode
DE PIN diode is een diode met een tussenlaag tussen de N en P laag. Deze diode wordt oa. gebruikt als schakeldiode voor hoogfrekwente signalen.
-

-

De werking van de diode staat uitgelegd op een vorige pagina. De PIN diode heeft een extra laag tussen de N en P laag. Deze laag is weinig gedopeerd en heeft de intrinsieke eigenschappen van zuiver silicium, namelijk een slechte geleiding omdat er geen vrije ladingdragers zijn (gaten of vrije electronen).

Als de diode als een gewone diode gebruikt wordt, dan heeft de diode slechtere eigenschappen in de geleiding ten gevolge van de brede laag die weinig geleidend is. De diode kan echter weerstaan aan hogere omgekeerde spanningen. De diode schakelt ook trager dan een gewone diode vanwege de brede intrinsieke zone.

De PIN diode heeft dus een stuctuur zoals afgebeeld rechts, met silicium dat driewaardig gedopeerd is links (P) en vijfwaardig gedopeerd rechts (N). Links heeft men dus extra gaten (wit) en rechts extra electronen (rood). De middenste laag heeft weinig vrije ladingdragers en is slecht geleidend.

Indien men een spanning aanlegt in geleidingszin, dan gaan de electronen en de gaten in de niet-gedopeertde zone dringen. Als een gat in de buurt komt van een electron, dan gaan ze recombineren en verdwijnen de ladingdragers. De diode is dus niet even geleidend als een gewone diode. Hoe hoger de stroom, hoe meer er electronen en gaten in de I-zone aanwezig zijn.

Als men echter een hoogfrekwent signaal (1GHz en meer) superponeert op de gelijkspanning, dan is de diode sterk in geleiding voor deze frekwenties. Bij een dergelijke frekwentie hebben de gaten en de electronen niet de tijd om de I-zone te overbruggen, de electronen gaan voortdurend in- en uit de I-zone (dat zijn de groene streepjes). Voor hoogfrekwente signalen werkt de diode als een kortsluiting als de diode in geleiding gebracht wordt. De impedantie van de diode hangt af van de stroom (want dan zijn er meer gaten en electronen in de I-zone) en van de frekwentie.

Als de diode omgekeerd gepolariseerd is, dan heeft de diode een zeer lage eigen capaciteit (een PIN diode kan bijvoorbeeld niet als varicap diode gebruikt worden). De I-zone die normaal geen ladingdragers bevat is een brede isolator die de capaciteit sterk beperkt.

De overgang van de geleiding naar de niet-geleiding en omgekeerd is relatief traag (reverse recovery time), want de electronen en gaten moeten de transitzone verlaten hebben (sweep time). PIN diodes zijn daarom niet geschikt voor het gelijkrichten van hoge frekwenties.

De PIN diodes worden bijvoorbeeld toegepast in radarinstallaties als TR switch (transmit/receive). Als de magnetron aan het werken is, dan wordt er een sterke puls uitgezonden, die de ontvanger direct zou beschadigen. Door twee PIN diodes te gebruiken kan men ervoor zorgen dat deze pulsen niet de ontvanger bereiken. Deze twee diodes worden gepolariseerd synchroon met de zendpuls van de magnetron.

In een concrete installatie heeft men doorgaans een circulator om de magnetron en de ontvanger aan de antenne te koppelen, maar om de puls voldoende te verzwakken gebruikt men nog een TR en ATR switch. Tijdens het zenden (rood signaal) is de ATR switch open en laat geen signaal door. De TR switch is wel in geleiding en stuurt wat er overgebleven is van de puls naar de massa.



Er zijn dus drie filters na elkaar tussen de magnetron en de ontvanger: de circulateur, de ATR (open) en de TR (gesloten). De circulateur geeft een verzwakking van ongeveer 30dB en beide diodes een verzwakking van 20dB of meer. Met een verzwakking van 70dB is de gevoelige ontvanger voldoende beschermd tegen pulsen van 30kW (er komt 3mW toe op de ontvanger).

Tijdens het luisteren naar de echo's staan de schakelaars omgekeerd: de ATR is gesloten en laat de echo's door en de TR is open om het signaal niet naar de massa te kortsluiten.

Links een praktische uitvoering van een TR/ATR switch met een diode die in geleiding is tijdens het zenden (diode met de rode stip) en een diode die in geleiding is tijdens het ontvangen (diode met de groene stip). Er is een positieve spanning op de BIAS aansluiting tijdens het ontvangen en een negatieve spanning tijdens het zenden zodat er afwisselend een diode in geleiding is.

Er is meer informatie over de moderne radar op deze pagina.

PublicitÚs - Reklame

-