5、開(kāi)關(guān)二極管

開(kāi)關(guān)二極管是半導(dǎo)體二極管的一種，是為在電路上進(jìn)行“開(kāi)”、“關(guān)”而特殊設(shè)計(jì)制造的一類(lèi)二極管。它由導(dǎo)通變?yōu)榻刂够蛴山刂棺優(yōu)閷?dǎo)通所需的時(shí)間比一般二極管短，常見(jiàn)的有2AK、2DK等系列，主要用于電子計(jì)算機(jī)、脈沖和開(kāi)關(guān)電路中。

開(kāi)關(guān)二極管工作原理

半導(dǎo)體二極管導(dǎo)通時(shí)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合（電路接通），截止時(shí)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)打開(kāi)（電路切斷），所以二極管可作開(kāi)關(guān)用，常用型號(hào)為1N4148。由于半導(dǎo)體二極管具有單向?qū)щ姷奶匦?，在正偏壓下PN結(jié)導(dǎo)通，在導(dǎo)通狀態(tài)下的電阻很小，約為幾十至幾百歐；在反向偏壓下，則呈截止?fàn)顟B(tài)，其電阻很大，一般硅二極管在10ΜΩ以上，鍺管也有幾十千歐至幾百千歐。利用這一特性，二極管將在電路中起到控制電流接通或關(guān)斷的作用，成為一個(gè)理想的電子開(kāi)關(guān)。

以上的描述，其實(shí)適用于任何一支普通的二極管，或者說(shuō)是二極管本身的原理。但針對(duì)于開(kāi)關(guān)二極管，最重要的特點(diǎn)是高頻條件下的表現(xiàn)。

高頻條件下，二極管的勢(shì)壘電容表現(xiàn)出來(lái)極低的阻抗，并且與二極管并聯(lián)。當(dāng)這個(gè)勢(shì)壘電容本身容值達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)嚴(yán)重影響二極管的開(kāi)關(guān)性能。極端條件下會(huì)把二極管短路，高頻電流不再通過(guò)二極管，而是直接繞路勢(shì)壘電容通過(guò)，二極管就失效了。而開(kāi)關(guān)二極管的勢(shì)壘電容一般極小，這就相當(dāng)于堵住了勢(shì)壘電容這條路，達(dá)到了在高頻條件下還可以保持好的單向?qū)щ娦缘男Ч?/p>

6、PIN型二極管（PINDiode）

普通的二極管由PN結(jié)組成。在P和N半導(dǎo)體材料之間加入一薄層低摻雜的本征（Intrinsic）半導(dǎo)體層，組成的這種P-I-N結(jié)構(gòu)的二極管就是PIN二極管。正因?yàn)橛斜菊鳎↖ntrinsic）層的存在，PIN二極管應(yīng)用很廣泛，從低頻到高頻的應(yīng)用都有，主要用在RF領(lǐng)域，用作RF開(kāi)關(guān)和RF保護(hù)電路，也有用作光電二極管（PhotoDiode）。PIN二極管包括PIN光電二極管和PIN開(kāi)關(guān)二極管。

PIN二極管在不同偏置下的工作狀態(tài)

1）正偏下：PIN二極管加正向電壓時(shí)，P區(qū)和N區(qū)的多子會(huì)注入到I區(qū)，并在I區(qū)復(fù)合。當(dāng)注入載流子和復(fù)合載流子相等時(shí)，電流I達(dá)到平衡狀態(tài)。而本征層由于積累了大量的載流子而電阻變低，所以當(dāng)PIN二極管正向偏置時(shí)，呈低阻特性。正向偏壓越大，注入I層的電流就越大，I層載流子越多，使得其電阻越小。下圖是正偏下的等效電路圖，可以看出其等效為一個(gè)很小的電阻，阻值在0.1Ω和10Ω之間。

正向偏壓下PIN二極管的等效電路圖

2）零偏下：當(dāng)PIN二極管兩端不加電壓時(shí)，由于實(shí)際的I層含有少量的P型雜質(zhì)，所以在IN交界面處，I區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)的電子向I區(qū)擴(kuò)散，然后形成空間電荷區(qū)。由于I區(qū)雜質(zhì)濃度相比N區(qū)很低，多以耗盡區(qū)幾乎全部在I區(qū)內(nèi)。在PI交界面，由于存在濃度差（P區(qū)空穴濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于I區(qū)），也會(huì)發(fā)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，但是其影響相對(duì)于IN交界面小的多，可以忽略不計(jì)。所以當(dāng)零偏時(shí)，I區(qū)由于存在耗盡區(qū)而使得PIN二極管呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。

3）反偏下：反偏情況跟零偏時(shí)很類(lèi)似，所不同的是內(nèi)建電場(chǎng)會(huì)得到加強(qiáng)，其效果是使IN結(jié)的空間電荷區(qū)變寬，且主要是向I區(qū)擴(kuò)展。此時(shí)的PIN二極管可以等效為電阻加電容，其電阻是剩下的本征區(qū)電阻，而電容是耗盡區(qū)的勢(shì)壘電容。下圖是反偏下PIN二極管的等效電路圖，可以看出電阻范圍在1Ω到100Ω之間，電容范圍在0.1pF到10pF之間。當(dāng)反向偏壓過(guò)大，使得耗盡區(qū)充滿(mǎn)整個(gè)I區(qū)，此時(shí)會(huì)發(fā)生I區(qū)穿通，此時(shí)PIN管不能正常工作了。

反向偏壓下PIN二極管的等效電路圖