Diodo PIN: Estrutura, Características, Usos e Mais
O diodo PIN ou diodo pino possui uma camada adicional de material intrínseco entre as camadas tipo p e tipo n que lhe conferem algumas características úteis.
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Tutorial de Diodo PIN Inclui:
Noções básicas do diodo PIN | Características e especificações do diodo PIN
Tutorial de Diodo Inclui:
Tipos de diodos | Especificações e classificações de diodos | Diodo de junção PN | LED | Diodo PIN | Diodo de barreira Schottky | Diodo SiC
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Embora os diodos com uma junção PN básica sejam de longe o tipo de diodo mais popular em uso, outros tipos de diodo podem ser usados em diversas aplicações. Um tipo que é usado para uma variedade de circuitos é o diodo PIN. Esta forma de diodo é usada em várias áreas. O diodo PIN é muito bom para comutação de RF, e a estrutura do PIN também é muito útil em fotodiodos.
O diodo PIN encontrou suas primeiras aplicações em 1952 como um retificador de baixa frequência e alta potência. Também foi usado em várias aplicações de micro-ondas, embora tenha demorado até cerca de 1960 antes que seu uso se tornasse mais popular nessa aplicação. Uma outra utilização do diodo PIN é como um fotodetector (fotodetector ou fotodiodo) onde sua estrutura é particularmente adequada para a absorção de luz.
Estrutura do diodo PIN
O diodo PIN recebe esse nome pelo fato de possuir três camadas principais. Em vez de apenas ter um tipo P e uma camada do tipo N, o diodo PIN possui três camadas:
- Camada tipo P
- camada intrínseca
- Camada tipo N
A camada intrínseca do diodo PIN é a que proporciona a mudança de propriedades quando comparada a um diodo de junção PN normal. A região intrínseca compreende o semicondutor não dopado ou virtualmente não dopado e, na maioria dos diodos PIN, é muito fino – da ordem de 10 a 200 mícrons.
Existem duas estruturas principais que podem ser usadas, mas aquela que é chamada de estrutura plana é mostrada no diagrama. No diagrama, a camada intrínseca é mostrada muito maior do que se fosse desenhada em escala. Isso foi feito para mostrar melhor a estrutura geral do diodo PIN.
Os diodos PIN são amplamente feitos de silício, e esse foi o material semicondutor usado exclusivamente até a década de 1980, quando o arsenieto de gálio começou a ser usado.
Características do diodo PIN
A camada intrínseca entre as regiões tipo P e tipo N do diodo PIN permite que ele forneça propriedades como uma alta tensão de ruptura reversa e um baixo nível de capacitância, além de outras propriedades, como armazenamento de portadora quando é polarizado para a frente que permite que ele seja usado para certas aplicações de micro-ondas.
Verificou-se que em níveis baixos de polarização reversa, a camada de depleção torna-se totalmente esgotada. Uma vez totalmente esgotada, a capacitância do diodo PIN é independente do nível de polarização porque há pouca carga líquida na camada intrínseca. No entanto, o nível de capacitância é tipicamente mais baixo do que outras formas de diodo e isso significa que qualquer vazamento de sinais de RF através do diodo é menor.
Quando o diodo PIN é polarizado diretamente, ambos os tipos de portadores de corrente são injetados na camada intrínseca onde se combinam. É este processo que permite que a corrente flua através da camada.
O aspecto particularmente útil do diodo PIN ocorre quando ele é usado com sinais de alta frequência, o diodo aparece como um resistor em vez de um dispositivo não linear e não produz retificação ou distorção. Sua resistência é governada pela polarização DC aplicada. Desta forma, é possível usar o dispositivo como um interruptor de RF eficaz ou resistor variável, produzindo muito menos distorção do que os diodos de junção PN comuns.
Usos e vantagens do diodo PIN
O díodo PIN é utilizado em várias áreas, devido à sua estrutura, apresentando algumas propriedades que são de particular utilidade.
- Retificador de alta tensão: O diodo PIN pode ser usado como retificador de alta tensão. A região intrínseca fornece uma maior separação entre as regiões PN e N, permitindo que tensões reversas mais altas sejam toleradas.
- Chave de RF: O diodo PIN é uma chave de RF ideal. A camada intrínseca entre as regiões P e N aumenta a distância entre elas. Isso também diminui a capacitância entre eles, aumentando assim o nível de isolamento quando o diodo é polarizado reversamente.
- Fotodetector: Como a conversão de luz em corrente ocorre dentro da região de depleção de um fotodiodo, aumentar a região de depleção adicionando a camada intrínseca melhora o desempenho aumentando o volume no qual ocorre a conversão de luz.
Estas são três das principais aplicações dos diodos PIN, embora também possam ser usadas em algumas outras áreas.
Resumo
Embora não sejam tão amplamente utilizados quanto os diodos de junção PN normais, os diodos PIN são, no entanto, usados em grandes quantidades. Os diodos PIN são particularmente usados em aplicações de RF onde há baixos níveis de capacitância e também suas propriedades de comutação e resistência variável os tornam muito bons em aplicações de comutação e atenuador variável.
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