什麼是 IMPATT 二極管：結構及其工作原理

IMPATT二極管的概念實際上是由William Shockley於1954年發明的。 因此，他借助傳輸時間延遲等機制擴展了產生負電阻的想法。 他提出了正向偏置 PN 結內電荷載流子的注入技術，並於 1954 年在貝爾系統技術雜誌上發表了他的想法，題為“半導體二極管內傳輸時間產生的負電阻”。一直延續到 1958 年，因為貝爾實驗室實現了他的 P+ NI N+ 二極管結構，之後，它被稱為讀取二極管。 之後在1958年出版了一份技術期刊，標題為“一種提議的高頻負阻二極管”。 1965 年，製造了第一個實用的二極管並觀察到了第一次振盪。 用於此演示的二極管是通過具有 P+N 結構的矽構建的。 後來，驗證了讀取二極管的操作，之後，在 1966 年證明了 PIN 二極管可以工作。 什麼是IMPATT二極管？IMPATT二極管的全稱是IMPATT電離雪崩傳輸時間。 這是一種用於微波應用的極高功率二極管。 一般用作微波頻率的放大器和振盪器。 IMPATT 二極管的工作頻率範圍為 3 – 100 GHz。通常，該二極管產生負電阻特性，因此在微波頻率下用作振盪器以產生信號。 這主要是由於傳輸時間效應和碰撞電離雪崩效應。 IMPATT二極管的分類可分為單漂移和雙漂移兩種。 單個漂移器件是 P+NN+、P+NIN+、N+PIP+、N+PP+。當我們考慮 P+NN+ 器件時，P+N 結以反向偏置連接，然後它會導致雪崩擊穿，從而導致區域P+ 以飽和速度注入 NN+。 但從 NN+ 區域注入的空穴不漂移，稱為單漂移器件。 雙漂移器件的最佳示例是 P+PNN+。 在這種器件中，每當 PN 結偏置接近雪崩擊穿時，電子漂移可以通過 NN+ 區域而空穴通過 PP+ 區域漂移，這被稱為雙漂移器件。 IMPATT 二極管包括以下內容。工作頻率範圍從 3GHz 到 100GHIMPATT 二極管的工作原理是雪崩倍增輸出功率為 1w CW & 以上 400watt 脈衝效率為 3% CW & 60% 脈沖在 1GHz 下比 GUNN 二極管更強大噪聲係數為30dbIMPATT 二極管結構和工作 IMPATT 二極管的結構如下所示。 該二極管包括四個區域，如 P+-NI-N+。 PIN 二極管和 IMPATT 的結構相同，但它工作在大約 400KV/cm 的極高電壓梯度上以產生雪崩電流。 通常，其結構主要使用不同的材料，例如 Si、GaAs、InP 或 Ge。 IMPATT 二極管結構 與普通二極管相比，該二極管使用了稍微不同的結構，因為： 普通二極管會在雪崩條件下擊穿。 由於大量的電流產生導致其內部產生熱量。 所以在微波頻率，結構偏差主要用於產生射頻信號。 通常，這種二極管用於微波發生器。 在這裡，直流電源提供給 IMPATT 二極管以產生一個輸出，一旦在電路中使用適當的調諧電路，該輸出就會振盪。與其他微波二極管相比，IMPATT 電路的輸出是一致的且相對較高。 但它也會產生大範圍的相位噪聲，這意味著它比接收器中的本地振盪器更常用於簡單的發射器，在相位噪聲的性能通常更重要的地方。該二極管在相當高的電壓下工作，如 70 伏或更高。 該二極管可以通過相位噪聲限制應用。 儘管如此，這些二極管主要是幾個地區微波二極管的有吸引力的替代品。 IMPATT二極管電路IMPATT二極管的應用如下所示。 一般這種二極管主要用於3GHz以上的頻率。 值得注意的是，每當調諧電路在擊穿電壓範圍內施加朝向 IMPATT 的電壓時，就會發生振盪。 與其他二極管相比，該二極管使用負電阻，並且該二極管能夠產生高範圍的功率通常為 XNUMX 瓦或更高，具體取決於設備。 該二極管的操作可以通過使用限流電阻的電源來完成。 該值將電流限制為所需值。 電流通過 RF 扼流圈提供，以將 DC 與 RF 信號分開。 IMPATT 二極管電路 IMPATT 微波二極管佈置在調諧電路之外，但通常該二極管可以佈置在提供必要調諧電路的波導腔內。 當給定電壓供應時，電路將擺動。IMPATT 二極管的主要缺點是它的操作，因為由於雪崩擊穿機制，它會產生高範圍的相位噪聲。 這些設備使用比矽更好的砷化鎵 (GaAs) 技術。 這是由於電荷載流子的電離係數非常快。IMPATT 和 Trapatt 二極管之間的差異下面討論了基於不同規格的 IMPATT 和 Trapatt 二極管之間的主要區別。 % 脈沖模式 & 0.5% CW 脈沖模式是 100 – 1% 輸出功率10Watt(CW) 1Watt(Pulsed)Above 10 WattNoise Figure60 dB3 dB基本半導體Si、InP、Ge、GaAsSiconstructionN+PIP+反向偏置PN JunctionP+ PNN+++或Biverse PN JunctionHarmonicsLowStrongRuggednessYesYesSizeTinyTinyApplicationOscillator,AmplifierOscillatorIMPATT二極管特性IMPATT二極管的特性包括以下內容。它在反向偏置條件下工作用於製造這些二極管的材料是InP、Si和GaAs。這些材料緊湊且可靠由於雪崩l 作為渡越時間。與耿氏二極管相比，這些二極管還提供高輸出功率和噪聲，因此用於本地振盪器的接收器。電流和電壓之間的相位差為 20 度。 這裡90度的相位延遲主要是因為雪崩效應，而剩餘的角度是因為渡越時間。這些主要用於需要高輸出功率的地方，如振盪器和放大器。該二極管提供的輸出功率在毫米範圍內-波頻率。在較少頻率下，輸出功率與頻率成反比，而在高頻下，它與頻率的平方成反比。優點 IMPATT 二極管的優點包括以下內容。它提供了很高的工作範圍。它的尺寸小。這些是經濟的。在高溫下，它提供可靠的操作與其他二極管相比，它具有高功率能力。無論何時用作放大器，它都像窄帶設備一樣工作。這些二極管用作優秀的微波發生器。對於微波傳輸系統，這種二極管可以產生載波信號。缺點IMPATT二極管的缺點包括以下。它提供較小的調諧範圍。它對各種工作條件具有高靈敏度。在雪崩區域，電子-空穴對產生的速率會導致產生高噪聲。對於工作條件，它是響應性的。如果適當照顧不採取，那麼它可能會因為巨大的電抗而被損壞。與 TRAPATT 相比，它提供的效率較低 IMPATT 二極管的調諧範圍不如 Gunn 二極管好。與 Gunn 和速調管二極管相比，它通過更高的範圍產生雜散噪聲.應用IMPATT二極管的應用包括以下這些類型的二極管用作調製輸出振盪器和微波發生器中的微波振盪器。這些用於連續波雷達、電子對抗和微波鏈路。這些用於通過負電阻放大.這些二極管用於參量放大器、微波振盪器、微波發生器。 並且還用於電信發射器、入侵者報警系統和接收器。調製輸出振盪器CW 多普勒雷達發射器微波發生器發射器的調頻電信接收器 LO 入侵報警網絡參數放大器因此，這是關於 IMPATT 二極管、結構、工作、差異及其應用的概述。 這些半導體器件用於產生 3 GHz 至 100 GHz 頻率範圍內的高功率微波信號。 這些二極管適用於功率較小的報警和雷達系統。

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