¿Qué son los Diodos PIN?
Un diodo PIN es un diodo con un verdadero semiconductor de tipo I con alta resistencia eléctrica entre los semiconductores de tipo P y N y una amplia capa de agotamiento.
La capa de agotamiento más ancha mejora las características de respuesta. Debido a la alta resistencia del semiconductor central de tipo I, tiene la capacitancia terminal más baja de todos los diodos; la tensión de avance es casi la misma que la de un diodo de unión PN. Los diodos PIN se utilizan como resistencias variables, especialmente a altas frecuencias, ya que su resistencia cambia con la corriente que fluye. También pueden utilizarse como condensadores cuando se aplica tensión inversa.
Usos de los Diodos PIN
Los diodos Pin se caracterizan por su baja capacitancia entre terminales, baja resistencia en serie y características de alta frecuencia. Por eso se utilizan para conmutar señales de alta frecuencia, incluidos los teléfonos móviles, ya que es menos probable que afecten a las líneas de comunicación de alta frecuencia. También se utilizan como resistencias variables en conmutación de banda, circuitos AGC y atenuadores de recepción, ya que su resistencia cambia en función de la corriente. También actúan como condensadores cuando se aplica tensión inversa.
Principio de los Diodos PIN
1. Cuando se Aplica una Tensión Directa a un Diodo PIN
En un diodo PIN, cuando se aplica una tensión en la dirección de avance, los huecos del semiconductor de tipo P y los electrones del semiconductor de tipo N se mueven para encontrarse y recombinarse en el semiconductor de tipo I, donde la tensión aplicada hace que los electrones y los huecos se muevan muy rápidamente, facilitando el flujo de corriente. Los huecos y electrones que migran desde los semiconductores de tipo P y N se encuentran en el semiconductor de tipo I, lo que provoca un cambio en la resistencia. En otras palabras, la resistencia cambia en función de la tensión, lo que permite utilizar el dispositivo como una resistencia variable controlando la tensión.
En comparación con los semiconductores de tipo PN, que no tienen un semiconductor de tipo I. Los diodos PIN tienen un rendimiento mejorado porque son más eficaces a la hora de almacenar portadores como huecos y electrones.
2. Cuando se Aplica una Tensión Inversa a un Diodos PIN
Por otro lado, cuando se aplica una tensión inversa, los huecos y los electrones se acumulan en las superficies de tipo P y N respectivamente, y el semiconductor de tipo I se convierte en dieléctrico y actúa como condensador.
Más Información sobre los Diodos PIN
1. Modulación de la Conductividad en los Diodos PIN
La modulación de la conductividad se refiere al cambio en la resistencia causado por los portadores que fluyen hacia una capa de alta resistencia cuando se polariza.
La capa I, situada entre las capas P y N, está formada por elementos con valencia tetravalente, como el silicio (Si) y el germanio (Ge). Como semiconductores puros que no contienen otros elementos, se denominan semiconductores verdaderos y están unidos por enlaces covalentes estables con ocho electrones, lo que los convierte en capas aislantes en las que no es posible la transferencia de electrones.
Sin embargo, cuando se polariza hacia delante en un diodos PIN, los huecos fluyen desde la capa P y los electrones desde la capa N, y la capa I queda altamente dopada. Como resultado, se produce una modulación de la conductividad y la capa I, que tenía una alta resistencia, se convierte en una baja resistencia a la conexión cuando la corriente fluye en la dirección de avance.
2. Conmutación con Diodos PIN
Los diodos PIN también se utilizan en conmutadores de alta frecuencia. También existen interruptores mecánicos en el rango de baja frecuencia, mientras que los relés coaxiales y los interruptores semiconductores se utilizan a altas frecuencias. En los últimos años, también se han utilizado como conmutadores MMIC en la banda de ondas milimétricas debido al uso generalizado de sistemas de comunicación LAN y sistemas de radar a bordo de vehículos.
El principio de los circuitos de conmutación de los diodos PIN es que se emite una señal de alta frecuencia durante la polarización directa y no se emite ninguna señal de alta frecuencia durante la polarización inversa. En la gama de productos existen dos tipos: reflectantes y absorbentes. Los interruptores reflexivos transmiten potencia de alta frecuencia en polarización inversa y la reflejan en polarización directa. Los interruptores absorbentes tienen una baja relación de onda estacionaria de tensión (VSWR) y una baja pérdida de señal tanto activados como desactivados.
3. Ventajas e Inconvenientes de los Interruptores de Diodos PIN
En general, los interruptores de diodos PIN son superiores en cuanto a velocidad de conmutación y compacidad, pero tienen la desventaja de su elevado consumo de energía.
La razón de este elevado consumo es la necesidad de una polarización alta para mantener bajas las pérdidas por inserción. Para compensar esta desventaja, se ha desarrollado un conmutador óptico llamado MEMS (sistema microelectromecánico) para la banda de ondas milimétricas, que está ganando cuota de mercado en el mercado actual.