Che cos'è il diodo IMPATT: costruzione e funzionamento?

Il concetto di diodo IMPATT è stato effettivamente inventato nell'anno 1954 da William Shockley. Quindi, ha ampliato l'idea di produrre una resistenza negativa con l'aiuto di un meccanismo come il ritardo del tempo di transito. Ha proposto la tecnica di iniezione per i portatori di carica all'interno di una giunzione PN polarizzata in avanti e ha pubblicato il suo pensiero nel Technical Journal of Bell Systems nel 1954 e intitolato con il nome "Resistenza negativa che si verifica dal tempo di transito all'interno dei diodi a semiconduttore". Inoltre, la proposta non era esteso fino al 1958 quando i Bell Laboratories implementarono la sua struttura a diodi P+ NI N+ e, successivamente, si chiamava Read diode. Successivamente, nell'anno 1958, fu pubblicata una rivista tecnica con il titolo "un diodo a resistenza negativa proposto ad alta frequenza". Nell'anno 1965, fu realizzato il primo diodo pratico e osservò le prime oscillazioni. Il diodo utilizzato per questa dimostrazione è stato costruito in silicio con una struttura P+N. Successivamente, è stata verificata l'operazione di lettura del diodo e successivamente è stato dimostrato che un diodo PIN nell'anno 1966 funzionava. Che cos'è il diodo IMPATT? La forma completa del diodo IMPATT è il tempo di transito della valanga di ionizzazione IMPatt. Questo è un diodo ad altissima potenza utilizzato nelle applicazioni a microonde. Generalmente viene utilizzato come amplificatore e oscillatore alle frequenze delle microonde. La gamma di frequenza operativa del diodo IMPATT varia da 3 a 100 GHz. Generalmente, questo diodo genera caratteristiche di resistenza negative, quindi funziona come un oscillatore alle frequenze delle microonde per generare segnali. Ciò è dovuto principalmente all'effetto del tempo di transito e all'effetto valanga di ionizzazione da impatto. La classificazione dei diodi IMPATT può essere effettuata in due tipi, ovvero a deriva singola ea deriva doppia. I dispositivi a deriva singola sono P+NN+, P+NIN+, N+PIP+, N+PP+. Se consideriamo il dispositivo P+NN+, la giunzione P+N è collegata in polarizzazione inversa, quindi provoca una rottura della valanga che causa la regione di P+ da iniettare in NN+ con velocità di saturazione. Ma i fori iniettati dalla regione di NN+ non vanno alla deriva, il che è chiamato dispositivi a deriva singola. Il miglior esempio di dispositivi a doppia deriva è P+PNN+. In questo tipo di dispositivo, ogni volta che la giunzione PN è polarizzata vicino a un guasto a valanga, la deriva degli elettroni può essere eseguita attraverso la regione NN+ mentre i fori si spostano attraverso la regione PP+ che è nota come dispositivi a doppia deriva. il diodo IMPATT include quanto segue. Intervalli di frequenza operativa da 3 GHz a 100 GH Il principio di funzionamento del diodo IMPATT è la moltiplicazione a valanga La potenza in uscita è 1 w CW e oltre 400 watt a impulsi L'efficienza è 3% CW e 60% a impulsi sotto 1 GHz Più potente rispetto al diodo GUNN La figura del rumore è 30dbIMPATT Diode Costruzione e funzionamentoLa costruzione del diodo IMPATT è mostrata di seguito. Questo diodo include quattro regioni come P+-NI-N+. La struttura sia del diodo PIN che dell'IMPATT è la stessa, ma funziona con un gradiente di tensione estremamente elevato di circa 400KV/cm per generare una corrente di valanga. Di solito, per la sua costruzione vengono utilizzati principalmente materiali diversi come Si, GaAs, InP o Ge. Costruzione del diodo IMPATT Rispetto a un diodo normale, questo diodo utilizza una struttura leggermente diversa perché; un normale diodo si rompe in una condizione di valanga. Poiché l'enorme quantità di generazione attuale provoca la generazione di calore al suo interno. Quindi, alle frequenze delle microonde, la deviazione nella struttura viene utilizzata principalmente per generare segnali RF. Generalmente, questo diodo viene utilizzato nei generatori di microonde. Qui, viene fornita un'alimentazione CC al diodo IMPATT per generare un'uscita che oscilla una volta che viene utilizzato un circuito sintonizzato appropriato all'interno del circuito. L'uscita del circuito IMPATT è coerente e relativamente alta rispetto ad altri diodi a microonde. Ma produce anche un'ampia gamma di rumore di fase, il che significa che è utilizzato in trasmettitori semplici più comunemente rispetto agli oscillatori locali all'interno dei ricevitori ovunque le prestazioni del rumore di fase siano normalmente più significative. Questo diodo funziona con una tensione abbastanza alta come 70 volt o superiore. Questo diodo può limitare le applicazioni attraverso il rumore di fase. Tuttavia, questi diodi sono principalmente alternative interessanti per i diodi a microonde per diverse regioni. Circuito del diodo IMPATT L'applicazione del diodo IMPATT è mostrata di seguito. Generalmente, questo tipo di diodo viene utilizzato principalmente a frequenze superiori a 3 GHz. Si noti che ogni volta che a un circuito sintonizzato viene fornita una tensione nella regione della tensione di rottura verso l'IMPATT, si verificherà un'oscillazione. Rispetto ad altri diodi, questo diodo utilizza una resistenza negativa e questo diodo è in grado di generare un intervallo elevato di potenza in genere dieci watt o superiore in base al dispositivo. Il funzionamento di questo diodo può essere eseguito da un'alimentazione utilizzando un resistore di limitazione della corrente. Il valore di questo limita il flusso di corrente al valore necessario. La corrente viene fornita attraverso un'induttanza RF per separare la CC dal segnale RF. Circuito diodo IMPATT Il diodo a microonde IMPATT è disposto oltre il circuito accordato, ma normalmente questo diodo può essere disposto all'interno di una cavità di guida d'onda che fornisce il circuito accordato necessario. Quando viene fornita la tensione di alimentazione, il circuito oscilla. Lo svantaggio principale del diodo IMPATT è il suo funzionamento perché genera un'elevata gamma di rumore di fase a causa del meccanismo di rottura della valanga. Questi dispositivi utilizzano la tecnologia dell'arsenuro di gallio (GaAs) che è molto migliore rispetto al silicio. Ciò risulta dai coefficienti di ionizzazione molto più rapidi per i portatori di carica. Differenza tra IMPATT e diodo TrapattLa principale differenza tra IMPATT e diodo Trapatt in base a specifiche diverse è discussa di seguito. % in modalità pulsata e 0.5% in modalità CWPulsed è 100 – 1% Potenza in uscita10Watt(CW) 1Watt(Pulsed)Sopra 10 WattNoise Figure60 dB3 dBSemiconduttori di baseSi, InP, Ge, GaAsSiCostruzioneN+PIP+ polarizzazione inversa Giunzione PNP+ NN++ o N+ P P+ Bias inverso PN JunctionHarmonicsBassaForteResistenzaSìSìDimensionePiccoloPiccoloApplicazioneOscillatore, amplificatoreOscillatoreCaratteristiche del diodo IMPATTLe caratteristiche del diodo IMPATT includono le seguenti.Funziona in condizioni di polarizzazione inversa I materiali utilizzati per fabbricare questi diodi sono InP, Si e GaAs.Questi sono compatti e affidabili Genera un'area di resistenza negativa a causa degli effetti anche valanga l come tempo di transito. Rispetto ai diodi Gunn, questi forniscono anche un'elevata potenza o/p e rumore, quindi utilizzati nei ricevitori per oscillatori locali. La differenza di fase tra corrente e tensione è di 20 gradi. Qui il ritardo di fase con 90 gradi è principalmente dovuto all'effetto valanga mentre l'angolo rimanente è dovuto al tempo di transito. Questi sono utilizzati principalmente dove è necessaria l'elevata potenza di uscita come oscillatori e amplificatori La potenza di uscita fornita da questo diodo è nell'intervallo di millimetri -frequenza d'onda.A meno frequenze, la potenza di uscita è inversamente proporzionale alle frequenze mentre, ad alte frequenze, è inversamente proporzionale al quadrato della frequenza.VantaggiI vantaggi del diodo IMPATT includono quanto segue.Offre un elevato range di funzionamento. Le sue dimensioni sono piccole. Questi sono economici. Ad alta temperatura, offre un funzionamento affidabile Rispetto ad altri diodi, include capacità ad alta potenza. Ogni volta che viene utilizzato come amplificatore, funziona come un dispositivo a banda stretta. Questi diodi vengono utilizzati come eccellenti generatori di microonde.Per il sistema di trasmissione a microonde, questo diodo può generare un segnale portante.SvantaggiGli svantaggi del diodo IMPATT includono quanto segue. Fornisce un intervallo di sintonizzazione inferiore. Fornisce un'elevata sensibilità a varie condizioni operative. Nella regione delle valanghe, il tasso di generazione di coppie elettrone-lacuna può causare un'elevata generazione di rumore. Per le condizioni operative, è reattivo. Se la cura adeguata non viene preso, quindi potrebbe danneggiarsi a causa dell'enorme reattanza elettronica. Rispetto a TRAPATT, fornisce una minore efficienza La gamma di sintonizzazione del diodo IMPATT non è buona come il diodo Gunn. Genera rumore spurio attraverso gamme più elevate rispetto ai diodi Gunn e klystron .ApplicazioniLe applicazioni del diodo IMPATT includono le seguenti.Questi tipi di diodi sono utilizzati come oscillatori a microonde all'interno di oscillatori a uscita modulata e generatori di microonde.Questi sono utilizzati in radar a onda continua, contromisure elettroniche e collegamenti a microonde.Questi sono utilizzati per l'amplificazione tramite resistenza negativa .Questi diodi sono utilizzati in amplificatori parametrici, oscillatori a microonde, generatori di microonde. E utilizzato anche in trasmettitori di telecomunicazioni, sistemi di allarme antintrusione e ricevitori. Oscillatore di uscita modulato Trasmettitore radar Doppler CW Generatore di microonde Trasmettitori di telecomunicazioni FM Ricevitore LOIntrusion Alarm Network Amplificatore parametrico Pertanto, si tratta di una panoramica del diodo IMPATT, della costruzione, del funzionamento, delle differenze e delle sue applicazioni. Questi dispositivi a semiconduttore vengono utilizzati per generare segnali a microonde ad alta potenza con una gamma di frequenze da 3 GHz a 100 GHz. Questi diodi sono applicabili a meno allarmi di potenza e sistemi radar.

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