diodos pin aplicaciones

Journal of Vectorial Relativity
JVR 4 (2009) 4 117-123

Análisis de Desempeño de Diodos p-i-n en
Conmutadores de Microondas
M A Medina-Plata1, G Leija-Hernández2 y L A Iturri-Hinojosa3
RESUMEN.El trabajo presenta un análisis numérico de la resistencia serie, Rs, y la
capacitancia de unión, Cj, características propias de diseño de los diodos PIN. Se estudian
estos parámetros de los diodosbuscando alcanzar niveles adecuados de pérdidas de inserción
y aislamiento en dispositivos conmutadores de señales de microondas diseñados con diodos pi-n.
PALABRAS CLAVE:

Diodos p-i-n, resistencia serie, capacitancia de unión, conmutadores de
microondas, pérdida de inserción y aislamiento.

I.

INTRODUCCIÓN

Los conmutadores de microondas son utilizados como elementos de control engran variedad de
aplicaciones en microsistemas, ya que realizan la función de control y direccionamiento del flujo de la
energía de la señal de radiofrecuencia (RF) desde una parte de un circuito a otro, por medio de
señales de control externas. Un conmutador en estado de alta impedancia se caracteriza por el
aislamiento que pueda brindar entre sus puertos. El nivel de aislamiento es muyimportante en toda
aplicación, por lo que el conmutador debe de ser capaz de proteger la sensibilidad del circuito
receptor de la gran potencia de la señal RF transmitida. En general, los conmutadores pueden ser
operados manual o electrónicamente, sin embargo, muchas aplicaciones que utilizan circuitos
integrados de microondas requieren tiempos de conmutación que no pueden ser llevados a cabomanualmente, recurriendo al control electrónico. Los conmutadores controlados electrónicamente
pueden ser fabricados usando diodos p-i-n o generalmente transistores MESFETs a base de GaAs.
II.

DIODOS PIN PARA SISTEMAS DE MICROONDAS

El diodo p-i-n comúnmente se fabrica en base al semiconductor de silicio que consta de dos
regiones, una tipo P y otra tipo N. Entre estas regiones se encuentra unaregión intrínseca I de alta
resistividad. Trabajan con señales de frecuencia en la gama de microondas (>1 GHz). El diodo a
estas frecuencias tiene una resistencia muy alta cuando está inversamente polarizado y una
resistencia muy baja cuando está polarizado en sentido directo. Para todos los propósitos, el diodo pi-n puede comportarse como un cortocircuito o un circuito abierto, cuando estápolarizado en directa
o en inversa, respectivamente. También es utilizado para conmutar corrientes muy intensas y/o
tensiones muy grandes.
II.1
Diodo PIN en polarización directa e inversa
En el estado de baja impedancia, el diodo p-i-n se comporta como una inductancia L en serie con
una resistencia . Su modelo de circuito equivalente se muestra en la figura 1. Asumiendo que la
señal de RF noafecta la carga almacenada, la resistencia serie de polarización directa
se obtiene
con la siguiente expresión [1]:
1, 2, 3

ESIME-Zacatenco/Instituto Politécnico Nacional, Anexo Edif. 5, Col. Lindavista CP 07738 México DF
E-mail: aiturri@ipn.mx, moises1603@hotmail.com

Diciembre, 2009

M A Medina-Plata et al.: Análisis de Desempeño de Diodos PIN en Conmutadores de Señales MicroondasDiciembre, 2009

(1)
donde µn es la movilidad de los electrones, y µp es la movilidad de los huecos. La carga Q [C] es
resultado de la recombinación de portadores (electrones y huecos) en la región intrínseca, y está
dada por [1]:
(2)
En situación de polarización inversa, el diodo p-i-n se comporta como una inductancia L en serie con
el paralelo de una capacitancia CT y una resistencia RP,tal como se muestra en la figura 1b. El
capacitor se puede obtener con [1]:
(3)
donde es la constante dieléctrica del material de diseño y A es el área de la unión del diodo.

(a)

(b)

Fig. 1. Circuitos equivalentes del diodo p-i-n en polarización (a) directa y (b) inversa

Se considera a la resistencia RP infinita.
III.

CIRCUITOS CONMUTADORES DE MICROONDAS EN BASE A DIODOS PIN...