Co to jest dioda IMPATT: budowa i jej działanie?

Koncepcja diody IMPATT została faktycznie wymyślona w 1954 roku przez Williama Shockleya. Rozszerzył więc ideę wytwarzania negatywnego oporu za pomocą mechanizmu takiego jak opóźnienie czasu tranzytu. Zaproponował, że technika wstrzykiwania nośników ładunku w złączu PN jest spolaryzowana w przód i opublikował swoją myśl w Technical Journal of Bell Systems w 1954 roku i zatytułowany „Opór ujemny występujący od czasu tranzytu w diodach półprzewodnikowych”. przedłużona do 1958 roku, gdy Bell Laboratories zaimplementowała swoją strukturę diodową P+ NI N+, a następnie nazywa się ją diodą Read. Następnie w roku 1958 ukazało się czasopismo techniczne pod tytułem „proponowana wysokoczęstotliwościowa dioda o ujemnej rezystancji”. W roku 1965 wykonano pierwszą praktyczną diodę i zaobserwowano pierwsze oscylacje. Dioda użyta do tego pokazu została zbudowana z krzemu o strukturze P+N. Później sprawdzono działanie diody Read, po czym w roku 1966 zademonstrowano działanie diody PIN. Co to jest dioda IMPATT?Pełną formą diody IMPATT jest jonizacja IMPatt Avalanche Transit-Time. Jest to dioda o ekstremalnie dużej mocy stosowana w zastosowaniach mikrofalowych. Generalnie jest używany jako wzmacniacz i oscylator na częstotliwościach mikrofalowych. Zakres częstotliwości pracy diody IMPATT wynosi od 3 do 100 GHz. Generalnie dioda ta generuje ujemną charakterystykę rezystancyjną, więc działa jako oscylator na częstotliwościach mikrofalowych do generowania sygnałów. Wynika to głównie z efektu czasu przejścia i efektu lawinowej jonizacji uderzeniowej. Klasyfikację diod IMPATT można przeprowadzić według dwóch typów, a mianowicie pojedynczego dryfu i podwójnego dryfu. Pojedyncze urządzenia dryfujące to P+NN+, P+NIN+, N+PIP+, N+PP+. Gdy weźmiemy pod uwagę urządzenie P+NN+, złącze P+N jest połączone w odwrotnej polaryzacji, powoduje to lawinowe przebicie, które powoduje region P+ do wstrzyknięcia do NN+ z prędkością nasycenia. Jednak otwory wstrzykiwane z obszaru NN+ nie dryfują, co nazywa się urządzeniami z pojedynczym dryfem. Najlepszym przykładem urządzeń z podwójnym dryfem jest P+PNN+. W tego typu urządzeniach, gdy złącze PN jest przesunięte blisko przebicia lawinowego, dryf elektronów może odbywać się przez obszar NN+, podczas gdy dziury dryfują przez obszar PP+, który jest znany jako urządzenia podwójnego dryfu. dioda IMPATT obejmuje następujące elementy. Zakresy częstotliwości pracy od 3 GHz do 100 GHz Zasada działania diody IMPATT to mnożenie lawinowe Moc wyjściowa wynosi 1 W CW i powyżej 400 W impulsów Wydajność wynosi 3% CW i 60% impulsów poniżej 1 GHz Większa moc w porównaniu z diodą GUNN Konstrukcja i działanie diody IMPATT 30dB Konstrukcję diody IMPATT przedstawiono poniżej. Ta dioda zawiera cztery regiony, takie jak P+-NI-N+. Struktura zarówno diody PIN, jak i IMPATT jest taka sama, ale działa na ekstremalnie wysokim gradiencie napięcia około 400KV/cm, aby wygenerować prąd lawinowy. Zwykle do jego budowy wykorzystywane są różne materiały, takie jak Si, GaAs, InP czy Ge. Konstrukcja diody IMPATT W porównaniu do zwykłej diody, dioda ta wykorzystuje nieco inną strukturę, ponieważ; normalna dioda zepsuje się w stanie lawinowym. Ponieważ ogromna ilość prądu powoduje wytwarzanie się w nim ciepła. Tak więc przy częstotliwościach mikrofalowych odchylenie struktury jest wykorzystywane głównie do generowania sygnałów RF. Generalnie dioda ta jest stosowana w generatorach mikrofal. W tym przypadku dioda IMPATT jest zasilana prądem stałym w celu wygenerowania sygnału wyjściowego, który oscyluje po zastosowaniu odpowiedniego obwodu strojonego w obwodzie. Moc wyjściowa obwodu IMPATT jest stała i porównywalnie wysoka w porównaniu z innymi diodami mikrofalowymi. Ale wytwarza również szeroki zakres szumów fazowych, co oznacza, że ​​jest wykorzystywana w prostych nadajnikach częściej niż lokalne oscylatory w odbiornikach, gdzie wydajność szumu fazowego jest zwykle bardziej znacząca. Ta dioda działa z dość wysokim napięciem, np. 70 woltów lub więcej. Ta dioda może ograniczać aplikacje poprzez szum fazowy. Niemniej jednak diody te są głównie atrakcyjną alternatywą dla diod mikrofalowych dla kilku regionów. Obwód diody IMPATTZastosowanie diody IMPATT pokazano poniżej. Generalnie ten rodzaj diody jest używany głównie przy częstotliwościach powyżej 3 GHz. Zauważono, że za każdym razem, gdy do obwodu strojonego zostanie podane napięcie zbliżone do napięcia przebicia w kierunku IMPATT, wystąpią oscylacje. moc zwykle dziesięć watów lub więcej w zależności od urządzenia. Działanie tej diody może odbywać się z zasilania za pomocą rezystora ograniczającego prąd. Wartość tego ogranicza przepływ prądu do niezbędnej wartości. Prąd jest dostarczany przez dławik RF, aby oddzielić prąd stały od sygnału RF. Obwód diodowy IMPATT Dioda mikrofalowa IMPATT jest umieszczona poza obwodem strojonym, ale normalnie dioda ta może być umieszczona we wnęce falowodu, która zapewnia niezbędny obwód strojony. Po podaniu napięcia zasilającego obwód będzie się kołysał. Główną wadą diody IMPATT jest jej praca, ponieważ generuje ona duży zakres szumów fazowych w wyniku mechanizmu przebicia lawinowego. Urządzenia te wykorzystują technologię arsenku galu (GaAs), która jest znacznie lepsza w porównaniu do krzemu. Wynika to z bardzo szybszych współczynników jonizacji dla nośników ładunku. Różnica między diodą IMPATT i Trapatt Główna różnica między diodą IMPATT i Trapatt w oparciu o różne specyfikacje została omówiona poniżej. Dane techniczne Dioda IMPATT Dioda TRAPATT Częstotliwość robocza 0.5 – 100 GHz 1 – 10 GHz Pasmo 1/10 częstotliwości środkowej RF – sprawność 60 % w trybie impulsowym i 3% w trybie CW Impulsowy wynosi 20 – 60% Moc wyjściowa 1 W (CW) 400 W (impuls) Powyżej 100 W Poziom hałasu 30 dB60 dBPodstawowe półprzewodnikiSi, InP, Ge, GaAsSiKonstrukcjaN+PIP+ odwrócenie polaryzacji PN Złącze P+ NN++ lub Bias P P+ Złącze PN Harmoniczne Niska Mocna Wytrzymałość Tak Tak Rozmiar Mały Mały Zastosowanie Oscylator, Wzmacniacz Oscylator Charakterystyka diody IMPATT Charakterystyka diody IMPATT jest następująca. lawina również l jako czas tranzytu. W porównaniu z diodami Gunna, zapewniają one również wysoką moc przejściową i hałas, dlatego są stosowane w odbiornikach do lokalnych oscylatorów. Różnica faz między prądem a napięciem wynosi 180 stopni. Tutaj opóźnienie fazowe o 90 stopni wynika głównie z efektu lawinowego, podczas gdy pozostały kąt wynika z czasu przejścia. Są one używane głównie tam, gdzie potrzebna jest wysoka moc wyjściowa, jak oscylatory i wzmacniacze Moc wyjściowa dostarczana przez tę diodę mieści się w zakresie milimetrów -częstotliwość fali.Przy mniejszej częstotliwości moc wyjściowa jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości, natomiast przy wysokich częstotliwościach jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu częstotliwości.Zalety Do zalet diody IMPATT należą:Daje duży zakres pracy. Ma niewielkie rozmiary. Są ekonomiczne. W wysokiej temperaturze dają niezawodną pracę W porównaniu z innymi diodami cechuje się dużą mocą. Zawsze, gdy jest używana jako wzmacniacz, działa jak urządzenie wąskopasmowe. Diody te są stosowane jako doskonałe generatory mikrofal.Dla systemu transmisji mikrofalowej dioda ta może generować sygnał nośny.WadyWady diody IMPATT obejmują następujące. Daje mniejszy zakres strojenia. Daje wysoką czułość w różnych warunkach pracy. W obszarze lawinowym szybkość generowania pary elektron-dziura może powodować wysokie generowanie szumu. nie jest pobierana, może ulec uszkodzeniu z powodu ogromnej reaktancji elektronicznej. W porównaniu z TRAPATT zapewnia mniejszą wydajność Zakres strojenia diody IMPATT nie jest dobry jak w przypadku diody Gunn. .ZastosowaniaZastosowania diody IMPATT obejmują następujące.Tego typu diody są używane jako oscylatory mikrofalowe w oscylatorach z modulowanym wyjściem i generatorach mikrofal.Są one używane w radarach o fali ciągłej, elektronicznych środkach zaradczych i łączach mikrofalowych.Są one używane do wzmacniania poprzez ujemną rezystancję Diody te stosowane są we wzmacniaczach parametrycznych, oscylatorach mikrofalowych, generatorach mikrofal. A także stosowany w nadajnikach telekomunikacyjnych, systemach alarmowych i odbiornikach. Modulowany oscylator wyjściowyCW Doppler Radar TransmitterGenerator mikrofalowy Nadajniki FM TelekomunikacjaOdbiornik LOSieć alarmów włamaniowychWzmacniacz parametryczny Tak więc wszystko sprowadza się do przeglądu diody IMPATT, budowy, działania, różnic i jej zastosowań. Te urządzenia półprzewodnikowe służą do generowania sygnałów mikrofalowych o dużej mocy w zakresie częstotliwości od 3 GHz do 100 GHz. Te diody mają zastosowanie do mniejszej liczby alarmów mocy i systemów radarowych.

Zostaw wiadomość 

Lista komunikatów