Mi az IMPATT dióda: felépítés és működése

Az IMPATT dióda koncepcióját 1954-ben William Shockley találta fel. Így kibővítette a negatív ellenállás létrehozásának gondolatát egy olyan mechanizmus segítségével, mint a tranzitidő-késleltetés. Azt javasolta, hogy a PN -csomóponton belüli töltéshordozók befecskendezési technikája elfogult, és 1954 -ben közzétette gondolatait a Technical Journal of Bell Systems folyóiratban, melynek címe: „Negative Resistance Occurring from Transit Time in Semiconductor Diodes”. Továbbá a javaslat nem volt 1958-ig meghosszabbították, amikor a Bell Laboratories megvalósította a P+ NI N+ dióda struktúráját, majd ezt követően Read dióda névre hallgat. Ezt követően 1958-ban egy műszaki folyóirat jelent meg „javasolt nagyfrekvenciás, negatív ellenállású dióda” címmel. 1965-ben készült el az első gyakorlati dióda, és az első rezgéseket figyelték meg. A demonstrációhoz használt dióda P+N szerkezetű szilíciumból készült. Később a Read diode működését ellenőrizték, majd ezt követően 1966 -ban demonstrálták a PIN -dióda működését. Mi az IMPATT dióda? Az IMPATT dióda teljes formája az IMPatt ionizáció Avalanche Transit-Time. Ez egy rendkívül nagy teljesítményű dióda, amelyet mikrohullámú alkalmazásokban használnak. Általában erősítőként és oszcillátorként használják mikrohullámú frekvenciákon. Az IMPATT dióda működési frekvencia tartománya 3-100 GHz. Általában ez a dióda negatív ellenállási karakterisztikát generál, így oszcillátorként működik mikrohullámú frekvenciákon jelek generálására. Ennek oka elsősorban az átmeneti időhatás és az ütközési ionizációs lavinahatás. Az IMPATT diódák osztályozása két típus szerint történhet, nevezetesen szimpla drift és kettős drift. Az egyszeres drift eszközök a P+NN+, P+NIN+, N+PIP+, N+PP+. Ha figyelembe vesszük a P+NN+ eszközt, a P+N csomópont fordított előfeszítéssel van összekötve, és ez lavinatörést okoz, ami a P+ az NN+-ba telítési sebességgel történő injektáláshoz. De az NN+ régióból befecskendezett lyukak nem sodródnak, amit egyszeri elsodródású eszközöknek nevezünk. A kettős drift eszközök legjobb példája a P+PNN+. Az ilyen típusú eszközökben, amikor a PN-átmenet közel lavinatöréshez van előfeszítve, akkor az elektronsodródás az NN+ régión keresztül hajtható végre, míg a lyukak a PP+ régión keresztül sodródnak, amelyet kettős sodródású eszközöknek neveznek. Az IMPATT dióda a következőket tartalmazza. A működési frekvencia 3 GHz és 100 GHz között Az IMPATT dióda működési elve a lavina megsokszorozása A kimenő teljesítmény 1 W CW és 400 watt feletti impulzus Hatékonyság 3% CW és 60% impulzus 1 GHz alatt Erősebb a dióda A 30dbIMPATT dióda felépítése és működéseAz IMPATT dióda felépítése alább látható. Ez a dióda négy régiót tartalmaz, például P+-NI-N+. Mind a PIN-dióda, mind az IMPATT felépítése megegyezik, de rendkívül nagy, körülbelül 400 KV/cm feszültséggradiensen működik, és lavinaáramot generál. Általában különböző anyagokat használnak, mint Si, GaAs, InP vagy Ge. IMPATT dióda felépítése A normál diódákhoz képest ez a dióda némileg eltérő felépítést használ, mert; egy normál dióda lavina állapotban tönkremegy. Mivel a hatalmas mennyiségű áramtermelés okozza benne a hőtermelést. Tehát mikrohullámú frekvenciákon a szerkezet eltérését főként RF jelek generálására használják. Általában ezt a diódát mikrohullámú generátorokban használják. Itt egyenáramú tápellátást kap az IMPATT dióda, hogy kimenetet hozzon létre, amely rezeg, ha egy megfelelő hangolt áramkört használnak az áramkörön belül. Az IMPATT áramkör kimenete konzisztens és viszonylag magas a többi mikrohullámú diódához képest. De nagy tartományú fáziszajt is produkál, ami azt jelenti, hogy gyakrabban használják egyszerű adókban, mint a vevőkben lévő helyi oszcillátorokban, ahol a fáziszaj teljesítménye általában jelentősebb. Ez a dióda meglehetősen magas feszültséggel működik, például 70 voltos vagy nagyobb feszültséggel. Ez a dióda fáziszaj révén korlátozhatja az alkalmazásokat. Mindazonáltal ezek a diódák főként a mikrohullámú diódák vonzó alternatívái számos régióban. IMPATT dióda Az IMPATT dióda áramköri alkalmazása az alábbiakban látható. Általában ezt a fajta diódát főleg 3 GHz feletti frekvenciákon használják. Észrevehető, hogy amikor egy hangolt áramkör feszültsége az IMPATT felé eső áttörési feszültség tartományában van, akkor oszcilláció lép fel. Más diódákhoz képest ez a dióda negatív ellenállást használ, és ez a dióda nagy tartományban képes generálni. teljesítménye jellemzően tíz watt vagy több az eszköztől függően. Ennek a diódának a működése áramkorlátozó ellenállást használó tápról történhet. Ennek értéke korlátozza az áramlást a szükséges értékre. Az áram egy RF fojtószelepen keresztül történik, hogy elválassza a DC -t az RF jeletől. IMPATT dióda áramkör Az IMPATT mikrohullámú dióda a hangolt áramkörön túl van elhelyezve, de általában ez a dióda egy hullámvezető üregben is elhelyezhető, amely biztosítja a szükséges hangolt áramkört. A tápfeszültség megadása után az áramkör lengni fog. Az IMPATT dióda fő hátránya a működése, mivel a lavina lebomlásának mechanizmusa miatt nagy fáziszajt generál. Ezek az eszközök Gallium Arsenide (GaAs) technológiát használnak, amely sokkal jobb, mint a szilícium. Ez a töltéshordozók nagyon gyorsabb ionizációs együtthatóiból adódik.Az IMPATT és a Trapatt dióda közötti különbségAz IMPATT és a Trapatt dióda közötti fő különbséget a különböző specifikációk alapján az alábbiakban tárgyaljuk.Műszaki adatok IMPATT diódaTRAPATT diódaMűködési Frekvencia0.5 – 100 GHzB1/RF10 középpont – 1-10. % impulzus üzemmódban és 60 % CW-impulzus üzemmódban 3–20% Kimeneti teljesítmény 60Watt(CW) 1W(impulzus)400 Watt felett Zaj ábra100 dB30 dBBBázis félvezetőkSi, InP, Ge, GaAssIPN+Reverse Bi++PnSiConstructionN++PAS PN JunctionHarmonicsAlacsony Erős Robusztusság Igen Igen Méret Apró apró Alkalmazásoszcillátor, Erősítő Oszcillátor IMPATT dióda jellemzőiAz IMPATT dióda jellemzői a következők. Fordított előfeszítés mellett működik, kompakt. lavina is l tranzitidőként.A Gunn diódákhoz képest nagy o/p teljesítményt és zajt is biztosítanak, így a helyi oszcillátorok vevőiben használják. Az áram és a feszültség közötti fáziskülönbség 60 fok. Itt a 90 fokos fáziskésés elsősorban a lavinahatás miatt, míg a fennmaradó szög az áthaladási idő miatt van. Ezeket főleg ott használják, ahol nagy kimenő teljesítményre van szükség, például oszcillátorok és erősítők. A dióda által biztosított kimeneti teljesítmény milliméteres tartományba esik. -hullámfrekvencia.Kisebb frekvenciákon a kimenő teljesítmény fordítottan arányos a frekvenciákkal, míg magas frekvenciákon fordítottan arányos a frekvencia négyzetével. ElőnyökAz IMPATT dióda előnyei a következők: Magas működési tartományt biztosít. Mérete kicsi.Ezek gazdaságosak.Magas hőmérsékleten megbízható működést biztosítA többi diódához képest nagy teljesítményű.Ha erősítőként használják, akkor úgy működik, mint egy keskeny sávú készülék.Ezek a diódák kiváló mikrohullámú generátorok.A mikrohullámú átviteli rendszer számára ez a dióda vivőjelet generálhat.HátrányokAz IMPATT dióda hátrányai közé tartozik a a következő.Kisebb hangolási tartományt ad.Nagy érzékenységet biztosít a különböző működési körülményekre.A lavina régióban az elektron-lyuk pár keletkezésének sebessége magas zajképződést okozhat.Működési körülmények között érzékeny.Megfelelő gondozás esetén nem veszik fel, akkor a hatalmas elektronikus reaktancia miatt megsérülhet. A TRAPATT-hez képest kisebb hatékonyságot biztosít.Az IMPATT dióda hangolási tartománya nem olyan jó, mint a Gunn diódáé. Hamis zajt generál magasabb tartományon keresztül, mint a Gunn & klystron diódák .Alkalmazások Az IMPATT dióda alkalmazásai a következők. Az ilyen típusú diódákat, mint mikrohullámú oszcillátorokat modulált kimeneti oszcillátorokban és mikrohullámú generátorokban használják. Folyamatos hullámú radarokban, elektronikus ellenintézkedésekben és mikrohullámú összeköttetésekben használják. Ezeket a negatív ellenálláson keresztüli erősítésre használják .Ezeket a diódákat parametrikus erősítőkben, mikrohullámú oszcillátorokban, mikrohullámú generátorokban használják. És távközlési adókban, behatolásjelző rendszerekben és vevőkészülékekben is használatos. Modulált kimeneti oszcillátor CW Doppler radaradó Mikrohullámú generátor FM távközlési vevő adói LOBehatolásriasztás HálózatParaméteres erősítő Ezáltal ez az egész az IMPATT működési, konstrukciós, alkalmazási különbségeinek áttekintéséről szól. Ezeket a félvezető eszközöket nagy teljesítményű mikrohullámú jelek generálására használják 3 GHz és 100 GHz közötti frekvenciatartományban. Ezek a diódák kevesebb teljesítményű riasztóhoz és radarrendszerhez alkalmazhatók.

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista