Was ist eine IMPATT-Diode: Aufbau und Funktionsweise

Das Konzept der IMPATT-Diode wurde tatsächlich im Jahr 1954 von William Shockley erfunden. Also erweiterte er die Idee, einen negativen Widerstand mit Hilfe eines Mechanismus wie der Laufzeitverzögerung zu erzeugen. Er schlug vor, dass die Injektionstechnik für Ladungsträger innerhalb eines PN-Übergangs in Durchlassrichtung vorgespannt ist und veröffentlichte seinen Gedanken 1954 im Technical Journal of Bell Systems mit dem Titel "Negative Resistance Occurring from Transit Time within Semiconductor Diodes". bis 1958 verlängert, als Bell Laboratories seine P+ NI N+ Diodenstruktur implementierte und danach als Read Diode bezeichnet wird. Danach wurde im Jahr 1958 eine Fachzeitschrift mit dem Titel „a vorgeschlagene hochfrequente Diode mit negativem Widerstand“ veröffentlicht. Im Jahr 1965 wurde die erste praktische Diode hergestellt und erste Schwingungen beobachtet. Die für diese Demonstration verwendete Diode wurde durch Silizium mit einer P+N-Struktur aufgebaut. Später wurde die Funktion der Lesediode verifiziert und danach wurde im Jahr 1966 eine PIN-Diode als funktionierend demonstriert. Was ist die IMPATT-Diode? Die vollständige Form der IMPATT-Diode ist die IMPatt-Ionisation Avalanche Transit-Time. Dies ist eine extrem leistungsstarke Diode, die in Mikrowellenanwendungen verwendet wird. Im Allgemeinen wird es als Verstärker und Oszillator bei Mikrowellenfrequenzen verwendet. Der Betriebsfrequenzbereich der IMPATT-Diode reicht von 3 – 100 GHz. Im Allgemeinen erzeugt diese Diode negative Widerstandseigenschaften, arbeitet also als Oszillator bei Mikrowellenfrequenzen zur Signalerzeugung. Dies ist hauptsächlich auf den Laufzeiteffekt und den Aufprallionisations-Lawineneffekt zurückzuführen. Die Klassifizierung von IMPATT-Dioden kann nach zwei Typen erfolgen, nämlich Einzeldrift und Doppeldrift. Single-Drift-Geräte sind P+NN+, P+NIN+, N+PIP+, N+PP+. Wenn wir das P+NN+-Gerät betrachten, ist der P+N-Übergang in Sperrvorspannung geschaltet, dann verursacht dies einen Lawinendurchbruch, der den Bereich von . verursacht P+, um in NN+ mit einer Sättigungsgeschwindigkeit zu injizieren. Aber die aus dem Bereich von NN+ injizierten Löcher driften nicht, was als Einzeldriftvorrichtungen bezeichnet wird. Das beste Beispiel für Doppeldrift-Geräte ist P+PNN+. Wenn bei dieser Art von Vorrichtung der PN-Übergang nahe einem Lawinendurchbruch vorgespannt ist, kann die Elektronendrift durch die NN+-Region erfolgen, während die Löcher durch die PP+-Region driften, die als Doppeldrift-Vorrichtungen bekannt ist Die IMPATT-Diode umfasst Folgendes.Betriebsfrequenzbereiche von 3 GHz bis 100 GHzDas Arbeitsprinzip der IMPATT-Diode ist die LawinenvervielfachungAusgangsleistung beträgt 1 W CW und über 400 Watt gepulstEffizienz beträgt 3% CW & 60% gepulst unter 1 GHz Leistungsstärker im Vergleich zur GUNN-DiodeDie Rauschzahl ist 30dbIMPATT-Diodenaufbau und -funktionDer Aufbau der IMPATT-Diode wird unten gezeigt. Diese Diode enthält vier Bereiche wie P+-NI-N+. Der Aufbau von PIN-Diode und IMPATT ist gleich, arbeitet aber mit einem extrem hohen Spannungsgradienten von ca. 400KV/cm, um einen Lawinenstrom zu erzeugen. Üblicherweise werden für den Aufbau hauptsächlich unterschiedliche Materialien wie Si, GaAs, InP oder Ge verwendet. IMPATT-Diodenaufbau Im Vergleich zu einer normalen Diode verwendet diese Diode eine etwas andere Struktur, weil; Eine normale Diode bricht im Lawinenzustand durch. Da die enorme Menge an Stromerzeugung die Wärmeentwicklung darin verursacht. Bei Mikrowellenfrequenzen wird daher die Strukturabweichung hauptsächlich verwendet, um HF-Signale zu erzeugen. Im Allgemeinen wird diese Diode in Mikrowellengeneratoren verwendet. Hier wird die IMPATT-Diode mit Gleichstrom versorgt, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das schwingt, sobald ein geeigneter abgestimmter Schaltkreis innerhalb des Schaltkreises verwendet wird. Der Ausgang des IMPATT-Schaltkreises ist im Vergleich zu anderen Mikrowellendioden konstant und vergleichsweise hoch. Aber es erzeugt auch einen hohen Bereich an Phasenrauschen, was bedeutet, dass es in einfachen Sendern häufiger als lokale Oszillatoren in Empfängern verwendet wird, wo die Leistung des Phasenrauschens normalerweise bedeutender ist. Diese Diode arbeitet mit ziemlich hohen Spannungen wie 70 Volt oder mehr. Diese Diode kann die Anwendungen durch Phasenrauschen begrenzen. Dennoch sind diese Dioden hauptsächlich attraktive Alternativen für Mikrowellendioden für mehrere Regionen. IMPATT-DiodenschaltungDie Anwendung der IMPATT-Diode wird unten gezeigt. Im Allgemeinen wird diese Art von Diode hauptsächlich bei Frequenzen über 3 GHz verwendet. Es ist zu beachten, dass immer dann, wenn ein Schwingkreis mit einer Spannung im Bereich der Durchbruchspannung zum IMPATT gegeben wird, eine Oszillation auftritt. Im Vergleich zu anderen Dioden verwendet diese Diode einen negativen Widerstand und diese Diode ist in der Lage, einen hohen Bereich von . zu erzeugen Leistung in der Regel XNUMX Watt oder mehr, je nach Gerät. Der Betrieb dieser Diode kann mit einem Strombegrenzungswiderstand aus einer Versorgung erfolgen. Der Wert dieser begrenzt den Stromfluss auf den erforderlichen Wert. Der Strom wird durch eine HF-Drossel geliefert, um den Gleichstrom vom HF-Signal zu trennen. IMPATT-Diodenschaltung Die IMPATT-Mikrowellendiode ist hinter dem Schwingkreis angeordnet, aber normalerweise kann diese Diode innerhalb eines Hohlleiterhohlraums angeordnet sein, der den erforderlichen Schwingkreis ergibt. Wenn die Spannungsversorgung gegeben ist, schwingt die Schaltung. Der Hauptnachteil der IMPATT-Diode ist ihr Betrieb, da sie aufgrund des Lawinendurchbruchmechanismus ein hohes Phasenrauschen erzeugt. Diese Geräte verwenden die Galliumarsenid (GaAs)-Technologie, die im Vergleich zu Silizium viel besser ist. Dies resultiert aus den sehr schnelleren Ionisationskoeffizienten für Ladungsträger.Unterschied zwischen IMPATT und Trapatt-Diode Der Hauptunterschied zwischen IMPATT und Trapatt-Diode, der auf unterschiedlichen Spezifikationen basiert, wird weiter unten diskutiert % im gepulsten Modus & 0.5 % im CWP-gepulsten Modus beträgt 100 – 1 %Ausgangsleistung10Watt(CW) 1Watt(Pulsed)Über 10 WattNoise Figure60 dB3 dBBasishalbleiterSi, InP, Ge, GaAsSiKonstruktionN+PIP+ Sperrvorspannung PN-ÜbergangP+ NN++ oder N+ P P+ Sperrvorspannung PN-ÜbergangOberschwingungenNiedrigStrongRuggednessJaJaSizeTinyTinyApplicationOszillator, VerstärkerOszillatorEigenschaften der IMPATT-DiodeDie Eigenschaften der IMPATT-Diode umfassen Folgendes Lawine auch l als Laufzeit. Im Vergleich zu Gunn-Dioden bieten diese auch eine hohe O/P-Leistung und Rauschen, so dass sie in Empfängern für lokale Oszillatoren verwendet werden. Die Phasendifferenz zwischen Strom und Spannung beträgt 20 Grad. Hier ist die Phasenverzögerung mit 90 Grad hauptsächlich auf den Lawineneffekt zurückzuführen, während der verbleibende Winkel auf die Laufzeit zurückzuführen ist. Diese werden hauptsächlich dort verwendet, wo eine hohe Ausgangsleistung erforderlich ist, wie z -Wellenfrequenz.Bei weniger Frequenzen ist die Ausgangsleistung umgekehrt proportional zu den Frequenzen, während sie bei hohen Frequenzen umgekehrt proportional zum Quadrat der Frequenz ist.VorteileDie Vorteile der IMPATT-Diode sind: Seine Größe ist klein. Diese sind wirtschaftlich. Bei hohen Temperaturen bietet es einen zuverlässigen BetriebIm Vergleich zu anderen Dioden bietet es eine hohe Leistungsfähigkeit. Wenn es als Verstärker verwendet wird, funktioniert es wie ein Schmalbandgerät. Diese Dioden werden als ausgezeichnete Mikrowellengeneratoren.Für das Mikrowellenübertragungssystem kann diese Diode ein Trägersignal erzeugen.NachteileZu den Nachteilen der IMPATT-Diode gehören die folgenden.Es gibt einen geringeren Abstimmbereich.Es bietet eine hohe Empfindlichkeit gegenüber verschiedenen Betriebsbedingungen.Im Lawinenbereich kann die Rate der Elektron-Loch-Paar-Erzeugung eine hohe Rauscherzeugung verursachen.Unter Betriebsbedingungen reagiert es.Bei richtiger Pflege nicht genommen wird, kann sie aufgrund der enormen elektronischen Reaktanz beschädigt werden. Im Vergleich zu TRAPATT bietet sie weniger Effizienz. Der Abstimmbereich der IMPATT-Diode ist nicht so gut wie die der Gunn-Diode .AnwendungenDie Anwendungen der IMPATT-Diode umfassen die folgenden.Diese Arten von Dioden werden wie Mikrowellenoszillatoren in Oszillatoren mit moduliertem Ausgang und Mikrowellengeneratoren verwendet.Diese werden in Dauerstrichradaren, elektronischen Gegenmaßnahmen und Mikrowellenverbindungen verwendet.Diese werden zur Verstärkung durch negativen Widerstand verwendet .Diese Dioden werden in parametrischen Verstärkern, Mikrowellenoszillatoren, Mikrowellengeneratoren verwendet. Und auch in Telekommunikationssendern, Einbruchmeldesystemen und Empfängern verwendet.Modulated Output OscillatorCW Doppler Radar TransmitterMikrowellengeneratorTransmitters of FM TelecommunicationReceiver LOIntrusion Alarm NetworkParametric AmplifierDaher geht es um einen Überblick über die IMPATT-Diode, den Aufbau, die Funktionsweise, die Unterschiede und ihre Anwendungen. Diese Halbleiterbauelemente werden zum Erzeugen von Hochleistungs-Mikrowellensignalen in einem Frequenzbereich von 3 GHz bis 100 GHz verwendet. Diese Dioden sind auf weniger Leistungsalarme und Radarsysteme anwendbar.

Hinterlass eine Nachricht 

Nachrichtenliste