Τι είναι η δίοδος IMPATT: κατασκευή & η λειτουργία της

Η έννοια της διόδου IMPATT εφευρέθηκε το 1954 από τον William Shockley. Έτσι, διεύρυνε την ιδέα για την παραγωγή αρνητικής αντίστασης με τη βοήθεια ενός μηχανισμού όπως η χρονική καθυστέρηση διέλευσης. Πρότεινε την τεχνική έγχυσης για φορείς φόρτισης σε μια διασταύρωση PN είναι προκατειλημμένη και δημοσίευσε τη σκέψη του στο Technical Journal of Bell Systems το 1954 με τίτλο «Αρνητική αντίσταση που προκύπτει από το χρόνο διέλευσης εντός διόδων ημιαγωγών. Επιπλέον, η πρόταση δεν ήταν επεκτάθηκε μέχρι το 1958 καθώς η Bell Laboratories εφάρμοσε τη δομή της διόδου P+ NI N+ και μετά από αυτό, ονομάζεται δίοδος ανάγνωσης. Μετά από αυτό το έτος 1958, δημοσιεύτηκε ένα τεχνικό περιοδικό με τον τίτλο "μια προτεινόμενη δίοδος υψηλής συχνότητας, αρνητικής αντίστασης". Το έτος 1965, έγινε η πρώτη πρακτική δίοδος και παρατηρήθηκαν οι πρώτες ταλαντώσεις. Η δίοδος που χρησιμοποιείται για αυτήν την επίδειξη κατασκευάστηκε μέσω πυριτίου με δομή Ρ+ Ν. Αργότερα, η λειτουργία της διόδου Read επαληθεύτηκε και μετά από αυτό, αποδείχθηκε ότι λειτουργεί μια δίοδος PIN το έτος 1966. Τι είναι η δίοδος IMPATT; Η πλήρης μορφή της διόδου IMPATT είναι ιονισμός IMPatt Avalanche Transit-Time. Αυτή είναι μια δίοδος εξαιρετικά υψηλής ισχύος που χρησιμοποιείται σε εφαρμογές μικροκυμάτων. Γενικά, χρησιμοποιείται ως ενισχυτής και ταλαντωτής σε συχνότητες μικροκυμάτων. Το εύρος συχνοτήτων λειτουργίας της διόδου IMPATT κυμαίνεται από 3 - 100 GHz. Γενικά, αυτή η δίοδος παράγει χαρακτηριστικά αρνητικής αντίστασης και λειτουργεί ως ταλαντωτής σε συχνότητες μικροκυμάτων για την παραγωγή σημάτων. Αυτό οφείλεται κυρίως στην επίδραση του χρόνου διέλευσης και της επίδρασης χιονοστιβάδας ιοντισμού. Η ταξινόμηση των διόδων IMPATT μπορεί να γίνει με δύο τύπους, δηλαδή την απλή μετατόπιση και τη διπλή μετατόπιση. Οι μεμονωμένες συσκευές μετατόπισης είναι P+NN+, P+NIN+, N+PIP+, N+PP+. Όταν εξετάζουμε τη συσκευή P+NN+, η διασταύρωση P+N συνδέεται με αντίστροφη πόλωση, τότε προκαλεί βλάβη χιονοστιβάδας που προκαλεί την περιοχή Ρ+ για ένεση στο ΝΝ+ με ταχύτητα κορεσμού. Αλλά οι οπές που εγχέονται από την περιοχή του ΝΝ+ δεν παρασύρονται, κάτι που ονομάζεται συσκευές μονής μετατόπισης. Το καλύτερο παράδειγμα συσκευών διπλής μετατόπισης είναι το P+PNN+. Σε αυτό το είδος συσκευής, κάθε φορά που ο σύνδεσμος PN είναι προκατειλημμένος κοντά σε μια χιονοστιβάδα, τότε η μετατόπιση ηλεκτρονίων μπορεί να γίνει μέσω της περιοχής NN+ ενώ οι οπές παρασύρονται στην περιοχή PP+ που είναι γνωστή ως συσκευές διπλής μετατόπισης. η δίοδος IMPATT περιλαμβάνει τα ακόλουθα. Η συχνότητα λειτουργίας κυμαίνεται από 3GHz έως 100GH Η αρχή λειτουργίας της διόδου IMPATT είναι ο πολλαπλασιασμός χιονοστιβάδας Η ισχύς εξόδου είναι 1w CW & παλμική άνω των 400watt Η απόδοση είναι 3% CW & 60% παλμός κάτω από 1GHz Πιο ισχυρή σε σύγκριση με τη δίοδο GUNN Το ποσοστό θορύβου είναι 30db Δημιουργία και λειτουργία διόδων IMPATTΗ κατασκευή της διόδου IMPATT φαίνεται παρακάτω. Αυτή η δίοδος περιλαμβάνει τέσσερις περιοχές όπως P+-NI-N+. Η δομή τόσο της διόδου PIN όσο και της IMPATT είναι η ίδια, αλλά λειτουργεί σε μια κλίση εξαιρετικά υψηλής τάσης περίπου 400KV/cm για να δημιουργήσει ρεύμα χιονοστιβάδας. Συνήθως, διαφορετικά υλικά όπως Si, GaAs, InP ή Ge χρησιμοποιούνται κυρίως για την κατασκευή του. Κατασκευή διόδων IMPATT Σε σύγκριση με μια κανονική δίοδο, αυτή η δίοδος χρησιμοποιεί μια κάπως διαφορετική δομή επειδή? μια κανονική δίοδος θα χαλάσει σε κατάσταση χιονοστιβάδας. Καθώς η τεράστια ποσότητα της τρέχουσας παραγωγής προκαλεί την παραγωγή θερμότητας μέσα σε αυτήν. Έτσι, στις συχνότητες μικροκυμάτων, η απόκλιση στη δομή χρησιμοποιείται κυρίως για τη δημιουργία σημάτων RF. Γενικά, αυτή η δίοδος χρησιμοποιείται σε γεννήτριες μικροκυμάτων. Εδώ, δίνεται μια τροφοδοσία DC στη δίοδο IMPATT για να παράγει μια έξοδο που ταλαντεύεται μόλις χρησιμοποιηθεί ένα κατάλληλο συντονισμένο κύκλωμα στο κύκλωμα. Η έξοδος του κυκλώματος IMPATT είναι συνεπής και συγκριτικά υψηλή σε σύγκριση με άλλες διόδους μικροκυμάτων. Παράγει επίσης ένα μεγάλο εύρος θορύβου φάσης, πράγμα που σημαίνει ότι χρησιμοποιείται σε απλούς πομπούς συχνότερα από τους τοπικούς ταλαντωτές εντός των δεκτών, όπου η απόδοση του θορύβου φάσης είναι συνήθως πιο σημαντική. Αυτή η δίοδος λειτουργεί με αρκετά υψηλή τάση όπως 70 βολτ ή παραπάνω. Αυτή η δίοδος μπορεί να περιορίσει τις εφαρμογές μέσω θορύβου φάσης. Παρ 'όλα αυτά, αυτές οι δίοδοι είναι κυρίως ελκυστικές εναλλακτικές λύσεις για διόδους μικροκυμάτων για πολλές περιοχές. Το κύκλωμα διόδων IMPATTΕφαρμογή της διόδου IMPATT φαίνεται παρακάτω. Γενικά, αυτό το είδος διόδου χρησιμοποιείται κυρίως σε συχνότητες άνω των 3 GHz. Παρατηρείται ότι κάθε φορά που δίνεται ένα συντονισμένο κύκλωμα με τάση στην περιοχή της τάσης διάσπασης προς το IMPATT, τότε θα υπάρξει ταλάντωση. Σε σύγκριση με άλλες διόδους, αυτή η δίοδος χρησιμοποιεί αρνητική αντίσταση και αυτή η δίοδος είναι ικανή να παράγει ένα μεγάλο εύρος ισχύς συνήθως δέκα watt ή παραπάνω με βάση τη συσκευή. Η λειτουργία αυτής της διόδου μπορεί να γίνει από μια παροχή χρησιμοποιώντας μια αντίσταση περιορισμού ρεύματος. Η τιμή αυτού περιορίζει τη ροή ρεύματος στην απαραίτητη τιμή. Το ρεύμα παρέχεται σε ολόκληρο ένα τσοκ RF για να διαχωρίσει το DC από το σήμα RF. Κύκλωμα διόδου IMPATT Η δίοδος μικροκυμάτων IMPATT είναι διατεταγμένη πέρα ​​από το συντονισμένο κύκλωμα, αλλά κανονικά αυτή η δίοδος μπορεί να τοποθετηθεί μέσα σε μια κοιλότητα κυματοδηγού που δίνει το απαραίτητο συντονισμένο κύκλωμα. Όταν δοθεί η τροφοδοσία τάσης τότε το κύκλωμα θα ταλαντευτεί. Το κύριο μειονέκτημα της διόδου IMPATT είναι η λειτουργία της επειδή παράγει μεγάλο εύρος θορύβου φάσης λόγω του μηχανισμού διάσπασης της χιονοστιβάδας. Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούν τεχνολογία Gallium Arsenide (GaAs), η οποία είναι πολύ καλύτερη σε σύγκριση με το πυρίτιο. Αυτό προκύπτει από τους πολύ ταχύτερους συντελεστές ιονισμού για τους φορείς φόρτισης. Διαφορά μεταξύ IMPATT και διόδου Trapatt Η κύρια διαφορά μεταξύ της διόδου IMPATT και της διόδου Trapatt που βασίζεται σε διαφορετικές προδιαγραφές συζητείται παρακάτω. % σε παλμική λειτουργία & 0.5% στη λειτουργία CW Η παλμική λειτουργία είναι 100 – 1% Ισχύς εξόδου 10 Watt(CW) 1 Watt (Παλμική) Πάνω από 10 Watt Θόρυβος Εικόνα 60 dB3 dBΒασικοί ημιαγωγοίSi, InP, Ge, GaAsstructionN+P+C PN JunctionHarmonicsLowStrongRuggednessΝαιΝαιSizeTinyTinyApplicationOscillator, AmplifierOscillatorIMPATT Δίοδο ΧαρακτηριστικάΤα χαρακτηριστικά της διόδου IMPATT περιλαμβάνουν τα ακόλουθα. Λειτουργεί σε κατάσταση αντίστροφης πόλωσης. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή αυτών των διόδων είναι InP, Si & GaAs χιονοστιβάδα ως wel l ως χρόνος διέλευσης. Σε σύγκριση με τις διόδους Gunn, αυτές παρέχουν επίσης υψηλή ισχύ o/p και θόρυβο, επομένως χρησιμοποιούνται σε δέκτες για τοπικούς ταλαντωτές. Η διαφορά φάσης μεταξύ ρεύματος και τάσης είναι 20 μοίρες. Εδώ η καθυστέρηση φάσης με 90 μοίρες οφείλεται κυρίως στο φαινόμενο της χιονοστιβάδας ενώ η υπόλοιπη γωνία οφείλεται στο χρόνο διέλευσης. Αυτά χρησιμοποιούνται κυρίως όταν η υψηλή ισχύς εξόδου είναι απαραίτητη όπως ταλαντωτές και ενισχυτές Η ισχύς εξόδου που παρέχεται από αυτήν τη δίοδο είναι στην περιοχή του χιλιοστού -συχνότητα κυμάτων. Σε λιγότερες συχνότητες, η ισχύς εξόδου είναι αντιστρόφως ανάλογη των συχνοτήτων ενώ, σε υψηλές συχνότητες, είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της συχνότητας. Πλεονεκτήματα Τα πλεονεκτήματα της διόδου IMPATT περιλαμβάνουν τα ακόλουθα. Παρέχει υψηλό εύρος λειτουργίας. Το μέγεθός του είναι μικρό. Αυτά είναι οικονομικά. Σε υψηλή θερμοκρασία, παρέχει αξιόπιστη λειτουργία Σε σύγκριση με άλλες διόδους, περιλαμβάνει δυνατότητες υψηλής ισχύος. Όποτε χρησιμοποιείται ως ενισχυτής, τότε λειτουργεί σαν συσκευή στενής ζώνης. Αυτές οι δίοδοι χρησιμοποιούνται ως εξαιρετικές γεννήτριες μικροκυμάτων. Για το σύστημα μετάδοσης μικροκυμάτων, αυτή η δίοδος μπορεί να παράγει ένα σήμα φορέα. ΜειονεκτήματαΤα μειονεκτήματα της διόδου IMPATT περιλαμβάνουν τα ακόλουθα. Δίνει λιγότερο εύρος συντονισμού. Δίνει υψηλή ευαισθησία σε διάφορες συνθήκες λειτουργίας. Στην περιοχή της χιονοστιβάδας, ο ρυθμός δημιουργίας ζεύγους ηλεκτρονίων-οπών μπορεί να προκαλέσει υψηλή παραγωγή θορύβου. Για συνθήκες λειτουργίας, ανταποκρίνεται. δεν λαμβάνεται τότε μπορεί να καταστραφεί λόγω της τεράστιας ηλεκτρονικής αντίδρασης. Σε σύγκριση με το TRAPATT, παρέχει μικρότερη απόδοση. Το εύρος συντονισμού της διόδου IMPATT δεν είναι καλό όπως η δίοδος Gunn. Παράγει ψευδή θόρυβο μέσω υψηλότερων περιοχών σε σύγκριση με τις διόδους Gunn & klystron Οι εφαρμογές της διόδου IMPATT περιλαμβάνουν τα ακόλουθα. Αυτοί οι τύποι διόδων χρησιμοποιούνται όπως ταλαντωτές μικροκυμάτων μέσα σε διαμορφωμένους ταλαντωτές εξόδου και γεννήτριες μικροκυμάτων. Αυτά χρησιμοποιούνται σε ραντάρ συνεχούς κύματος, ηλεκτρονικά αντίμετρα και συνδέσεις μικροκυμάτων. Αυτά χρησιμοποιούνται για ενίσχυση μέσω αρνητικής αντίστασης . Αυτές οι δίοδοι χρησιμοποιούνται σε παραμετρικούς ενισχυτές, ταλαντωτές μικροκυμάτων, γεννήτριες μικροκυμάτων. Και χρησιμοποιείται επίσης σε τηλεπικοινωνιακούς πομπούς, συστήματα συναγερμού εισβολέων και δέκτες.Διαμορφωμένη έξοδος OscillatorCW Doppler Radar Transmitter GeneratorMicrowaveTransmitters of FM TelecommunicationReceiver LOIntrusion Alarm NetworkParametric AmplifierΕπομένως, πρόκειται για μια επισκόπηση της διαφοράς και της κατασκευής, των λειτουργικών εφαρμογών IMPATT. Αυτές οι συσκευές ημιαγωγών χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία σημάτων υψηλής ισχύος μικροκυμάτων σε εύρος συχνοτήτων 3 GHz έως 100 GHz. Αυτές οι δίοδοι ισχύουν για λιγότερους συναγερμούς ισχύος και συστήματα ραντάρ.

Αφήστε μήνυμα 

Λίστα μηνυμάτων