PIN 二极管原理及其在DF100A 发射机AGC 电路中的应用

卢东亮 国家新闻出版广电总局五六一台 330029

【文章摘要】

本文对主要介绍了PIN 变阻二极管的工作原理，及其在DF100A 发射机自动增益控制电路中的应用。

【关键词】

PIN 二极管;DF100A 发射机; 自动增益控制;AGC

0 前言

DF100A 发射机所需的激励大小，应根据频率等的变化，进行自动调整，即实现射频信号的自动增益控制（Auto GainControl，AGC）。此功能是由AGC 控制器1A9 完成。1A9 通过监测末前阴流和高末栅流的变化，改变通过PIN 变阻二极管的偏置电流，使其射频阻抗变化，从而实现射频信号的自动增益控制。本文通过探讨PIN 二极管工作原理及1A9 工作原理，分析其AGC 电路工作原理，并对其高频特性的改善提出解决方案。

1 PIN 二极管工作原理

1.1 PIN 二极管结构

PIN 二极管(positive-intrinsic-negativediode)，顾名思义，就是在普通的二极管的PN 结基础之上，在P 和N 半导体材料之间加入一薄层低掺杂的本征(Intrinsic) 半导体层，组成的这种P-I-N 结构的二极管就是PIN 二极管。I 层的半征半导体由于工艺的原因，会含有少量的P 型或N 型杂质，称为PπN 或PvN 管。两种PIN 二极管工作原理和工作特性都很接近，一般不加以区分。本文以PπN 来说明其工作原理。

1.2 PIN 二极管工作原理

1.2.1 直流工作状态

1.2.1.1 零偏

零偏时，PIN 二极管电荷分布同PN结一样。只不过I 层有两个部分：一部分为空间电荷层，即耗尽层，电阻率很高；另一部分是I 层。在零偏时，PIN 管呈高阻抗。

1.2.1.2 正偏

加正偏电压时，P 层空穴和N 层电子在外电场作用下，都将注入I 层，并在I层复合。这时I 层储存大量载流子，使之电阻率下降。即正偏时，PIN 管呈低阻抗，且随着电流增大而减小。

1.2.1.3 反偏

加反偏电压时，PIN 二极管类似于PN 二极管的反偏状态，阻抗值很大。

1.2.2 交流工作状态

1.2.2.1 低频

低频时，由于交流信号周期很大，载流子进出I 层渡越时间可以忽略。此时，PIN 二极管与普通PN 结二极管相似，具有单向导电性，可用作整流、限幅等用途。

1.2.2.2 高频

高频时，信号周期很短，载流子进出I层的渡越时间将不可忽略，PIN 管的整流作用就逐渐变弱。通俗地讲，就是指在信号的正半周内，PN 结来不及完全导通，信号负半周就来临；在负半周时，PN 结也来不及完全截止，正半周又来临。所以，当频率较高时，PIN 管就显示出与普通二极管完全不同的特性，不能用作整流或检波，因为它对高频信号正、负半周的响应已经没有了明显区别，近似为线性元件。

1.2.3 同时有直流和射频工作状态

由于PIN 二极I 层的总电荷主要由偏置电流产生，而不是由高频电流瞬时值产生，所以其对高频信号只呈现一个线性电阻。此阻值由直流偏置决定，正偏时阻值小，接近于短路，反偏时阻值大，接近于开路。

正偏电流越大，射频阻抗越小；反之，射频阻抗越大。DF100A 中AGC 电路即是利用了PIN 二极管的这一特性。

2 DF100A 中自动增益控制原理

2.1 自动增益控制器1A9 工作原理1A9 工作原理主要包括外部控制信号、光电隔离、直流放大、射频分压、射频放大、射频输出几个部分。其原理分述如下：

2.1.1 外部控制信号

有两种：一是手动控制激励开关6R4，改变6R4 阻值，可直接改变A 点对地电阻及A 点电压信号大小；二是自动控制信号，通过取样末前阴流和高末栅流来获得。

2.1.2 光电隔离

末前阴流和高末栅流取样电压送至光隔U1 或U2。取样电流越大，所对应的取样负电压的绝对值越大，光隔导通更明显，A 点对地电阻越小，电压也越小。利用光电隔离，可以很好的防止干扰。

2.1.3 直流放大

Q1、Q2 组成了两级直流放大，放大倍数是固定的。Q1 为共射接法，A 点电压越高，Q1 输出电压越低；Q2 为共集接法，即射极输出器，具有电流放大，电压跟随的作用。Q2 的输出经过电感L1 送至PIN 二极管。L1、C3、C4 的作用是，将射频信号和直流偏置电路隔离。

2.1.4 射频分压

电阻R14、R15 并联后为50Ω，充当频率合成器的负载电阻，为其提供一个较稳定的负载。射频信号通过R15、C6、R6、C5 等元器件与PIN 二极管并联分压。显然，PIN 射频阻抗越小，射频输出越小；PIN 射频阻抗越大，射频输出越大。R16与L2 的作用是滤除高频（即载波频率的高次谐波）。

2.1.5 射频放大

Q3、Q4 为两级射频放大。接法与直流放大相同。第一级为共射接法，提供电压放大（同时反相）；第二级为共集接法，提供电流放大，输出电阻小，带载能力强，且与射频输出同轴电缆匹配。

2.1.6 射频输出

经过自动增益的射频信号，通过Q9接头输出，送至宽带放大器进行放大。

2.1.7 1A9 自动增益控制原理

综上所述，可以得出1A9 工作的原理。DF100A 自动增益控制各点变化关系如表1。面板激励开关6R4 实为一可调电阻，可手动调节射频输出电平。从自动控制关系中可以看出，当发射机末前阴流或高末栅流变化时，自动增益控制能自动调整输出激励电平，从而使末前阴流和高末栅流保持稳定。

【参考文献】

[1] 脉阶调制设备，魏瑞发，陈锡安. 著

[2] 广播电视发送与传输维护手册第四分册. 无线局维护手册编委会

【作者简介】