목차

1. Pin Diode

이번 장에서는 스위치, 위상천이기, 감쇄기 등 신호의 흐름과 위상 가변, 레벨 제어를 수행하는 컨트롤 회로의 구성과 기본동작을 학습할 것입니다. 컨트롤 회로의 설명에 들어가기 전에, 컨트롤 회로에서 애용되는 반도체 소자인 PIN diode 가 어떤 물건인지 그 구조와 특성을 먼저 알아보겠습니다.

PIN diode라는 이름을 잘 보면 보통의 diode와는 뭔가 다른 놈처럼 느껴집니다. 맞습니다. 맞고요.. ^^;
'PIN' 이라는 이름 자체에, 이것이 일반 diode와 어떤  차이가 있는지를 알려주는 힌트가 숨어있습니다.보통의 다이오드는 P형 반도체와 N형 반도체의 접합에 의해 만들어집니다. 그런데 PIN 다이오드의 이름을 잘 보면 P 와 N 사이에 'I'라는 문자가 끼어있죠? 대체 이 'I'는 뭘 뜻하는 걸까요?

그 'I' 는 Intrinsic의 머릿글자로서, 진성 반도체의 층 또는 영역을 의미하는 반도체 용어입니다. 그런데 P형 반도체와 N형 반도체 사이에 진성반도체를 만드는 일은 불가능하기 때문에, 실제로는 PIN 다이오드 내의 P형과 N형 사이에 고유저항이 매우 높은 P형 또는 N형 영역이 추가된 형태로 만들어집니다. 아래의 <그림 5-1>에 PIN 다이오드와 일반 다이오드(PN접합)의 구조를 나타내었습니다.

<그림 5－1> PIN Diode 와 PN 접합

그러면 이 PIN 다이오드의 어떤 특성을 이용하여 고주파 대역에서의 스위치 (RF Switch), 감쇄기 (Attenuator), 위상천이기 (Phase Shifter) 등을 만드는 것일까요? 여기서 우선 PIN 다이오드의 등가회로를 살펴보도록 하겠습니다. <그림 5-2>에 순방향 바이어스 시와 역방향 바이어스 시의 등가회로를 나타내보았습니다. (매우 간략화된 형태입니다)

<그림 5－2> PIN Diode 등가회로

고주파에서 이용되는 PIN 다이오드의 등가회로 파라미터 값은 아래와 같습니다.

즉 순방향 바이어스일 때는 Rf 만으로 낮은 임피던스가 되고, 역방향 바이어스 시에는 Rr에 Cj가 더해져서 높은 임피던스 상태(리액턴스 성분이 주를 이룸)가 됩니다. 이러한 순방향/역방향 바이어스에 따른 차이를 이용하여 스위치나 위상천이기가 만들어지게 됩니다. 또한 Rf의 값은 순방향 바이어스 전류를 작게하면 거기에 반비례하여 커지게 되며, 이러한 바이어스 전류와 Rf와의 관계를 이용하면 감쇄기를 만들 수 있습니다.

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