Čo je dióda IMPATT: konštrukcia a jej fungovanie

Koncepciu diódy IMPATT skutočne vynašiel v roku 1954 William Shockley. Rozšíril teda myšlienku vytvorenia negatívneho odporu pomocou mechanizmu, akým je oneskorenie tranzitného času. Navrhol, že technika vstrekovania pre nosiče náboja v PN prechode je zaujatá dopredu a svoju myšlienku publikoval v Technical Journal of Bell Systems v roku 1954 s názvom „Negatívny odpor vyskytujúci sa od doby prechodu v polovodičových diódach“. predĺžená až do roku 1958, keď Bell Laboratories implementovali jeho štruktúru P+ NI N+ diódy a potom sa nazýva Read dióda. Potom v roku 1958 vyšiel technický časopis s názvom „navrhovaná vysokofrekvenčná dióda s negatívnym odporom“. V roku 1965 bola vyrobená prvá praktická dióda a pozorované prvé oscilácie. Dióda, ktorá je použitá na túto demonštráciu, bola skonštruovaná cez kremík so štruktúrou P+N. Neskôr bola overená funkcia Read diódy a následne bola v roku 1966 preukázaná funkčnosť PIN diódy. Čo je IMPATT Diode?Úplná forma IMPATT diódy je IMPatt ionization Avalanche Transit-Time. Ide o extrémne vysokovýkonnú diódu používanú v mikrovlnných aplikáciách. Vo všeobecnosti sa používa ako zosilňovač a oscilátor pri mikrovlnných frekvenciách. Pracovný frekvenčný rozsah diódy IMPATT sa pohybuje od 3 – 100 GHz. Vo všeobecnosti táto dióda generuje zápornú odporovú charakteristiku, takže funguje ako oscilátor pri mikrovlnných frekvenciách na generovanie signálov. Je to hlavne z dôvodu efektu doby prechodu a dopadového ionizačného lavínového efektu. Klasifikácia diód IMPATT môže byť vykonaná dvoma typmi, a to jednoduchým driftom a dvojitým driftom. Jednotlivé driftové zariadenia sú P+NN+, P+NIN+, N+PIP+, N+PP+. Keď vezmeme do úvahy zariadenie P+NN+, prechod P+N je pripojený v opačnom smere, potom spôsobí lavínový rozpad, ktorý spôsobí oblasť P+ na vstreknutie do NN+ rýchlosťou nasýtenia. Ale diery vstreknuté z oblasti NN+ sa neunášajú, čo sa nazýva jednodriftové zariadenia. Najlepším príkladom zariadení s dvojitým unášaním je P+PNN+. V tomto druhu zariadenia, kedykoľvek je PN-prechod vychýlený v blízkosti lavínového rozpadu, elektrónový drift sa môže uskutočniť cez oblasť NN+, zatiaľ čo diery sa pohybujú cez oblasť PP+, ktorá je známa ako zariadenia s dvojitým driftom. dióda IMPATT obsahuje nasledujúce. Pracovný frekvenčný rozsah je od 3 GHz do 100 GHz. Princíp činnosti diódy IMPATT je lavínové násobenie. Výstupný výkon je 1 W CW a impulz nad 400 W Účinnosť je 3% CW a 60% pulzuje pod 1 GHz. V porovnaní s diódou GUNN je výkonnejší. Konštrukcia a fungovanie diódy IMPATT 30 dB Konštrukcia diódy IMPATT je znázornená nižšie. Táto dióda obsahuje štyri oblasti ako P+-NI-N+. Štruktúra PIN diódy aj IMPATT je rovnaká, ale pracuje na extrémne vysokom gradiente napätia približne 400 KV/cm na generovanie lavínového prúdu. Na jeho konštrukciu sa zvyčajne používajú najmä rôzne materiály ako Si, GaAs, InP, či Ge. Konštrukcia diódy IMPATT V porovnaní s normálnou diódou používa táto dióda trochu odlišnú štruktúru, pretože; normálna dióda sa pokazí v lavínovom stave. Pretože obrovské množstvo súčasnej výroby spôsobuje tvorbu tepla v nej. Takže pri mikrovlnných frekvenciách sa odchýlka v štruktúre používa hlavne na generovanie RF signálov. Táto dióda sa spravidla používa v mikrovlnných generátoroch. Tu je dióda IMPATT napájaná jednosmerným prúdom na generovanie výstupu, ktorý osciluje, keď sa v obvode použije príslušný ladený obvod. Výstup obvodu IMPATT je konzistentný a porovnateľne vysoký v porovnaní s inými mikrovlnnými diódami. Ale tiež produkuje vysoký rozsah fázového šumu, čo znamená, že sa používa v jednoduchých vysielačoch častejšie ako lokálne oscilátory v prijímačoch všade tam, kde je výkon fázového šumu zvyčajne výraznejší. Táto dióda pracuje s pomerne vysokým napätím, napríklad 70 voltov alebo vyšším. Táto dióda môže obmedzovať aplikácie prostredníctvom fázového šumu. Napriek tomu sú tieto diódy predovšetkým atraktívnymi alternatívami pre mikrovlnné diódy pre niekoľko oblastí. Obvod diódy IMPATT Použitie diódy IMPATT je uvedené nižšie. Vo všeobecnosti sa tento druh diódy používa hlavne pri frekvenciách nad 3 GHz. Všimli sme si, že kedykoľvek je ladený obvod daný s napätím v oblasti prierazného napätia smerom k IMPATT, dôjde k oscilácii. V porovnaní s inými diódami táto dióda využíva záporný odpor a táto dióda je schopná generovať vysoký rozsah výkon zvyčajne desať wattov alebo viac v závislosti od zariadenia. Prevádzka tejto diódy môže byť vykonaná zo zdroja pomocou odporu obmedzujúceho prúd. Táto hodnota obmedzuje tok prúdu na potrebnú hodnotu. Prúd je dodávaný do RF tlmivky na oddelenie DC od RF signálu. Obvod diódy IMPATT Mikrovlnná dióda IMPATT je usporiadaná za ladeným obvodom, ale normálne môže byť táto dióda usporiadaná vo vlnovodu, ktorý poskytuje potrebný ladený obvod. Keď je privedené napätie, obvod sa rozkýva. Hlavnou nevýhodou diódy IMPATT je jej činnosť, pretože generuje vysoký rozsah fázového šumu v dôsledku mechanizmu lavínového rozpadu. Tieto zariadenia využívajú technológiu arzenidu gália (GaAs), ktorá je oveľa lepšia v porovnaní s kremíkom. Vyplýva to z veľmi rýchlejších ionizačných koeficientov pre nosiče náboja. Rozdiel medzi IMPATT a Trapattovou diódouHlavný rozdiel medzi IMPATT a Trapattovou diódou na základe rôznych špecifikácií je popísaný nižšie. % v pulznom režime a 0.5 % v CWPulznom režime je 100 – 1 %Výstupný výkon 10Watt(CW) 1Watt (impulzný)Nad 10WHluk Obrázok60 dB3 dBZákladné polovodičeSi, InP, Ge, GaAsSi++ Reverzná konštrukcia Junbias N+PIP+ Reverzná Junbias N+PIP+ PN Junction Harmonické Nízka Silná Robustnosť Áno Áno Veľkosť Drobný Drobný Aplikácia Oscilátor, Zosilňovač Oscilátor Vlastnosti diódy IMPATT Charakteristiky diódy IMPATT zahŕňajú nasledovné. Funguje v podmienkach spätného predpätia. Materiály použité na výrobu týchto diód sú InP, Si & GaA, ktoré generujú negatívne účinky a sú spoľahlivé. aj lavína l ako prechodový čas. V porovnaní s Gunnovými diódami poskytujú vysoký výkon a šum, takže sa používajú v prijímačoch pre lokálne oscilátory. Fázový rozdiel medzi prúdom a napätím je 20 stupňov. Tu je fázové oneskorenie 90 stupňov hlavne kvôli lavínovému efektu, zatiaľ čo zostávajúci uhol je kvôli času prechodu. Používajú sa hlavne tam, kde je potrebný vysoký výstupný výkon, ako sú oscilátory a zosilňovače. Výstupný výkon poskytovaný touto diódou je v rozsahu milimetrov -vlnová frekvencia. Pri menšom počte frekvencií je výstupný výkon nepriamo úmerný frekvenciám, zatiaľ čo pri vysokých frekvenciách je nepriamo úmerný štvorcu frekvencie. Výhody Medzi výhody diódy IMPATT patria nasledujúce. Poskytuje vysoký prevádzkový rozsah. Jeho veľkosť je malá. Sú ekonomické. Pri vysokej teplote poskytuje spoľahlivú prevádzkuV porovnaní s inými diódami má vysoký výkon. Kedykoľvek sa používa ako zosilňovač, potom funguje ako úzkopásmové zariadenie. Tieto diódy sa používajú ako vynikajúce mikrovlnné generátory.Pre mikrovlnný prenosový systém dokáže táto dióda generovať nosný signál.NevýhodyMedzi nevýhody diódy IMPATT patrí Nasleduje. Poskytuje menší rozsah ladenia. Poskytuje vysokú citlivosť na rôzne prevádzkové podmienky. V lavínovej oblasti môže rýchlosť generovania párov elektrón-diera spôsobiť vysokú generáciu hluku. V prevádzkových podmienkach reaguje. Ak je správna starostlivosť nie je odoberaná, potom sa môže poškodiť z dôvodu obrovskej elektronickej reaktancie. V porovnaní s TRAPATT poskytuje menšiu účinnosť Rozsah ladenia diódy IMPATT nie je dobrý ako dióda Gunn. Vytvára rušivý hluk vo vyšších rozsahoch v porovnaní s diódami Gunn & klystron .AplikácieAplikácie diódy IMPATT zahŕňajú nasledujúce.Tieto typy diód sa používajú ako mikrovlnné oscilátory v rámci modulovaných výstupných oscilátorov a mikrovlnných generátorov. Používajú sa v radaroch so spojitou vlnou, elektronických protiopatreniach a mikrovlnných spojoch. Používajú sa na zosilnenie prostredníctvom záporného odporu .Tieto diódy sa používajú v parametrických zosilňovačoch, mikrovlnných oscilátoroch, mikrovlnných generátoroch. A tiež sa používa v telekomunikačných vysielačoch, poplašných systémoch a prijímačoch. Modulovaný výstupný oscilátor CW Dopplerov radarový vysielač Mikrovlnný generátor Vysielače FM Telecommunication Receiver LOIntrusion Alarm NetworkParametric AmplifierToto je teda všetko o prehľade diódy IMPATT, jej konštrukcii, funkcii, rozdieloch. Tieto polovodičové zariadenia sa používajú na generovanie vysokovýkonných mikrovlnných signálov v rozsahu frekvencií 3 GHz až 100 GHz. Tieto diódy sú použiteľné pre menej výkonových alarmov a radarových systémov.

Zanechajte správu 

zoznam správ