Qu'est-ce que la diode IMPATT : la construction et son fonctionnement

Le concept de diode IMPATT a été inventé en 1954 par William Shockley. Ainsi, il a élargi l'idée de produire une résistance négative à l'aide d'un mécanisme tel que le délai de transit. Il a proposé la technique d'injection pour les porteurs de charge dans une jonction PN est polarisée en direct et a publié sa pensée dans le Technical Journal of Bell Systems en 1954 et intitulé avec le nom "Résistance négative se produisant à partir du temps de transit dans les diodes semi-conductrices. De plus, la proposition n'a pas été prolongé jusqu'en 1958 lorsque Bell Laboratories a mis en œuvre sa structure de diode P + NI N + et après cela, elle est appelée diode de lecture. Après cela, en 1958, une revue technique a été publiée sous le nom de « une proposition de diode à haute fréquence et à résistance négative ». En 1965, la première diode pratique a été fabriquée et les premières oscillations ont été observées. La diode qui est utilisée pour cette démonstration a été construite en silicium avec une structure P+N. Plus tard, le fonctionnement de la diode de lecture a été vérifié et après cela, une diode PIN a été démontrée en 1966 pour fonctionner. Qu'est-ce que la diode IMPATT ? La forme complète de la diode IMPATT est le temps de transit d'avalanche à ionisation IMPatt. Il s'agit d'une diode de très haute puissance utilisée dans les applications micro-ondes. Généralement, il est utilisé comme amplificateur et oscillateur aux fréquences micro-ondes. La plage de fréquences de fonctionnement de la diode IMPATT va de 3 à 100 GHz. Généralement, cette diode génère des caractéristiques de résistance négatives et fonctionne donc comme un oscillateur à des fréquences micro-ondes pour générer des signaux. Ceci est principalement dû à l'effet du temps de transit et à l'effet d'avalanche d'ionisation d'impact. La classification des diodes IMPATT peut se faire selon deux types à savoir la simple dérive et la double dérive. Les dispositifs à dérive unique sont P+NN+, P+NIN+, N+PIP+, N+PP+. Lorsque l'on considère le dispositif P+NN+, la jonction P+N est connectée en polarisation inverse puis elle provoque un claquage par avalanche qui provoque la région de P+ à injecter dans NN+ avec une vitesse de saturation. Mais les trous injectés depuis la région de NN+ ne dérivent pas, ce que l'on appelle des dispositifs à dérive unique. Le meilleur exemple de dispositifs à double dérive est P+PNN+. Dans ce type de dispositif, chaque fois que la jonction PN est polarisée à proximité d'un claquage par avalanche, la dérive des électrons peut se faire à travers la région NN + tandis que les trous dérivent à travers la région PP + qui est connue sous le nom de dispositifs à double dérive. la diode IMPATT comprend les éléments suivants. Plages de fréquences de fonctionnement de 3 GHz à 100 GHz Le principe de fonctionnement de la diode IMPATT est la multiplication par avalanche La puissance de sortie est de 1 W CW et supérieure à 400 watts pulsés L'efficacité est de 3 % CW et 60 % pulsée sous 1 GHz Plus puissante que la diode GUNN Le chiffre de bruit est 30dbConstruction et fonctionnement de la diode IMPATTLa construction de la diode IMPATT est illustrée ci-dessous. Cette diode comprend quatre régions comme P+-NI-N+. La structure de la diode PIN et de l'IMPATT est la même, mais elle fonctionne sur un gradient de tension extrêmement élevé d'environ 400 KV/cm pour générer un courant d'avalanche. Habituellement, différents matériaux tels que Si, GaAs, InP ou Ge sont principalement utilisés pour sa construction. Construction de la diode IMPATT Par rapport à une diode normale, cette diode utilise une structure quelque peu différente car; une diode normale tombera en panne dans une condition d'avalanche. Comme l'énorme quantité de génération actuelle provoque la génération de chaleur en son sein. Ainsi, aux fréquences micro-ondes, la déviation de structure est principalement utilisée pour générer des signaux RF. Généralement, cette diode est utilisée dans les générateurs de micro-ondes. Ici, une alimentation CC est fournie à la diode IMPATT pour générer une sortie qui oscille une fois qu'un circuit accordé approprié est utilisé dans le circuit. La sortie du circuit IMPATT est cohérente et relativement élevée par rapport aux autres diodes micro-ondes. Mais il produit également une gamme élevée de bruit de phase, ce qui signifie qu'il est utilisé dans les émetteurs simples plus souvent que les oscillateurs locaux dans les récepteurs où les performances du bruit de phase sont normalement plus importantes. Cette diode fonctionne avec une tension assez élevée comme 70 volts ou plus. Cette diode permet de limiter les applications par bruit de phase. Néanmoins, ces diodes sont principalement des alternatives intéressantes pour les diodes micro-ondes pour plusieurs régions. Circuit de diodes IMPATTL'application de la diode IMPATT est illustrée ci-dessous. Généralement, ce type de diode est principalement utilisé à des fréquences supérieures à 3 GHz. Il est à noter que chaque fois qu'un circuit accordé est donné avec une tension dans la région de la tension de claquage vers l'IMPATT, une oscillation se produira. Par rapport aux autres diodes, cette diode utilise une résistance négative et cette diode est capable de générer une gamme élevée de puissance généralement de dix watts ou plus en fonction de l'appareil. Le fonctionnement de cette diode peut se faire à partir d'une alimentation utilisant une résistance de limitation de courant. La valeur de this restreint le flux de courant à la valeur nécessaire. Le courant est fourni à travers une bobine d'arrêt RF pour séparer le signal CC du signal RF. Circuit de diode IMPATTLa diode hyperfréquence IMPATT est disposée au-delà du circuit accordé mais normalement cette diode peut être disposée dans une cavité de guide d'ondes qui donne le circuit accordé nécessaire. Lorsque la tension d'alimentation est donnée, le circuit bascule. Le principal inconvénient de la diode IMPATT est son fonctionnement car elle génère une plage de bruit de phase élevée en raison du mécanisme de claquage par avalanche. Ces appareils utilisent la technologie à l'arséniure de gallium (GaAs) qui est bien meilleure que celle du silicium. Cela résulte des coefficients d'ionisation très rapides pour les porteurs de charge. Différence entre IMPATT et la diode TrapattLa principale différence entre la diode IMPATT et la diode Trapatt basée sur différentes spécifications est discutée ci-dessous. % en mode pulsé & 0.5% en mode CWPulsé est de 100 à 1%Puissance de sortie10Watt(CW) 1Watt(Pulsed)Au-dessus de 10 WattNoise Figure60 dB3 dBSemiconducteurs de baseSi, InP, Ge, GaAsSiConstructionN+PIP+ polarisation inverse PN JunctionP+ NN++ ou N+ P P+ Inverse Bias PN JunctionHarmonicsLowStrongRuggednessOuiOuiSizeTinyTinyApplicationOscillateur, amplificateurOscillateurIMPATT Diode CaractéristiquesLes caractéristiques de la diode IMPATT sont les suivantes. avalanche aussi l comme temps de transit. Par rapport aux diodes Gunn, celles-ci fournissent également une puissance et un bruit o/p élevés, donc utilisées dans les récepteurs pour oscillateurs locaux. La différence de phase entre le courant et la tension est de 20 degrés. Ici, le retard de phase à 90 degrés est principalement dû à l'effet d'avalanche, tandis que l'angle restant est dû au temps de transit. Ils sont principalement utilisés lorsque la puissance de sortie élevée est nécessaire, comme les oscillateurs et les amplificateurs. La puissance de sortie fournie par cette diode est de l'ordre du millimètre. -fréquence d'onde.À moins de fréquences, la puissance de sortie est inversement proportionnelle aux fréquences alors qu'à hautes fréquences, elle est inversement proportionnelle au carré de la fréquence.AvantagesLes avantages de la diode IMPATT sont les suivants.Il offre une plage de fonctionnement élevée. Sa taille est petite. Celles-ci sont économiques. À haute température, elle offre un fonctionnement fiable Par rapport aux autres diodes, elle comprend des capacités de puissance élevée. Chaque fois qu'elle est utilisée comme amplificateur, elle fonctionne comme un dispositif à bande étroite. Ces diodes sont utilisées comme excellents générateurs de micro-ondes.Pour le système de transmission de micro-ondes, cette diode peut générer un signal porteur.InconvénientsLes inconvénients de la diode IMPATT incluent ce qui suit.Il donne une plage de réglage moindre.Il donne une sensibilité élevée à diverses conditions de fonctionnement.Dans la région d'avalanche, le taux de génération de paires électron-trou peut provoquer une génération de bruit élevée.Pour les conditions de fonctionnement, il est réactif.Si des soins appropriés n'est pas pris, il peut être endommagé en raison de l'énorme réactance électronique. Par rapport à TRAPATT, il offre moins d'efficacité La plage de réglage de la diode IMPATT n'est pas bonne comme la diode Gunn. .ApplicationsLes applications de la diode IMPATT sont les suivantes.Ces types de diodes sont utilisés comme oscillateurs micro-ondes dans les oscillateurs à sortie modulée et les générateurs micro-ondes.Ils sont utilisés dans les radars à ondes continues, les contre-mesures électroniques et les liaisons micro-ondes.Ceux-ci sont utilisés pour l'amplification par résistance négative .Ces diodes sont utilisées dans les amplificateurs paramétriques, les oscillateurs hyperfréquences, les générateurs hyperfréquences. Et également utilisé dans les émetteurs de télécommunications, les systèmes d'alarme anti-intrusion et les récepteurs.Oscillateur à sortie moduléeÉmetteur radar Doppler CWGénérateur de micro-ondesÉmetteurs de télécommunication FMRécepteur LOIntrusion Alarm NetworkAmplificateur paramétriqueAinsi, il s'agit d'un aperçu de la diode IMPATT, de la construction, du fonctionnement, des différences et de ses applications. Ces dispositifs semi-conducteurs sont utilisés pour générer des signaux hyperfréquences de haute puissance dans une gamme de fréquences de 3 GHz à 100 GHz. Ces diodes sont applicables à moins d'alarmes de puissance et de systèmes radar.

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