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IMPATT-Diode: Mikrowellendiode

IMPATT-Diode: Mikrowellendiode

Die IMPATT-Diode oder IMPact-Ionisations-Avalanche-Transit-Time-Diode ist ein HF-Halbleiterbauelement, das zur Erzeugung von Mikrowellen-Hochfrequenzsignalen verwendet wird.

Die IMPATT-Diodentechnologie kann Signale typischerweise von etwa 3 bis 100 GHz oder mehr erzeugen. Einer der Hauptvorteile dieser Mikrowellendiode ist die relativ hohe Leistungsfähigkeit (oft zehn Watt und mehr), die viel höher ist als bei vielen anderen Formen von Mikrowellendioden.

Obwohl die IMPATT-Diode heutzutage nicht so weit verbreitet ist wie andere Technologien, die ein höheres Leistungsniveau bieten konnten, passt sie dennoch in eine Nische auf dem Markt für die Erzeugung von Mikrowellensignalen, insbesondere dort, wo relativ kostengünstige Quellen benötigt werden.

IMPATT Entdeckung & Entwicklung

Die ursprüngliche Idee für die IMPATT-Diodentechnologie wurde 1954 von William Shockley vorgeschlagen. Er entwickelte das Konzept zur Erzeugung eines negativen Widerstands unter Verwendung eines Laufzeitverzögerungsmechanismus. In seinem Vorschlag war das Injektionsverfahren für die Träger ein vorwärts vorgespannter PN-Übergang.

Shockley veröffentlichte seine Idee 1954 im Bell Systems Technical Journal in einem Artikel mit dem Titel: "Negativer Widerstand aufgrund der Laufzeit in Halbleiterdioden."

Die Idee wurde erst 1958 weiterentwickelt, als W. T. Read von Bell Laboratories seine P + N I N + -Diodenstruktur vorschlug, die später als Read-Diode bezeichnet wurde. Diese Diode verwendete die Lawinenvervielfachung als Injektionsmechanismus. Wiederum wurde im Bell Systems Technical Journal ein Artikel veröffentlicht, diesmal 1958 unter dem Titel: Eine vorgeschlagene Hochfrequenz-Diode mit negativem Widerstand. '

Obwohl der Injektionsmechanismus und die Diode postuliert worden waren, war es zunächst nicht möglich, die Diode zu realisieren. Es dauerte bis 1965, bis die ersten praktischen Betriebsdioden hergestellt und die ersten Schwingungen beobachtet wurden. Die für diese Demonstration verwendete Diode wurde unter Verwendung von Silizium hergestellt und hatte eine P + N-Struktur.

Danach wurde der Betrieb der Read-Diode demonstriert und 1966 wurde auch gezeigt, dass eine PIN-Diode funktioniert.

Grundlagen der IMPATT-Diode

In vielerlei Hinsicht ist die IMPATT-Diode insofern eine ungewöhnliche Diode, als sie Hochleistungs-HF-Signale bei Mikrowellenfrequenzen unter Verwendung einer Struktur liefern kann, die sich nicht so weit vom grundlegenden PN-Übergang unterscheidet. Es wurde jedoch entwickelt, um die Verwendung einer völlig anderen Betriebsart zu ermöglichen.

  • Theorie & Operation: Die IMPATT-Mikrowellendiode beruht auf einem negativen Widerstandseffekt, der durch die Laufzeit der Träger verursacht wird. Wenn ein negativer Widerstand auftritt, erhöht das Verringern der Spannung den Strom und umgekehrt. Dieser negative Widerstand ermöglicht es der Diode, als Oszillator zu wirken und Signale mit Mikrowellenfrequenzen zu erzeugen. Lesen Sie mehr über die Wie funktioniert eine IMPATT-Diode?
  • Herstellung & Struktur: Es gibt eine Reihe von Strukturen und Herstellungsverfahren für IMPATT-Dioden. Jeder hat seine eigenen Vor- und Nachteile. Lesen Sie mehr über die IMPATT Struktur & Herstellung

IMPATT-Diodenbetrieb

Die IMPATT-Diode wird im Allgemeinen in Mikrowellengeneratoren verwendet. Um einen Ausgang zu erzeugen, wird eine Gleichstromversorgung an den IMPATT angelegt, die schwingt, wenn sich ein geeigneter abgestimmter Schaltkreis im Schaltkreis befindet.

Der Ausgang der IMPATT-Schaltung ist im Vergleich zu anderen Formen von Mikrowellendioden zuverlässig und relativ hoch. Es erzeugt jedoch aufgrund seines Betriebs auch ein hohes Maß an Phasenrauschen, was bedeutet, dass es in einfachen Sendern häufiger verwendet wird als als lokaler Oszillator in Empfängern, in denen die Phasenrauschleistung im Allgemeinen wichtiger ist. Das Problem des Phasenrauschens bedeutet auch, dass es in relativ anspruchslosen Anwendungen verwendet werden muss, bei denen es unwahrscheinlich ist, dass die Phasenrauschleistung von Bedeutung ist.

Die IMPATT-Diode benötigt für ihren Betrieb eine relativ hohe Spannung. Oft kann dies bis zu 70 Volt oder möglicherweise mehr betragen. Zusammen mit dem Phasenrauschen kann dies die Anwendungen einschränken, in denen die Diode verwendet werden kann. Dennoch sind IMPATT-Dioden für viele Bereiche eine besonders attraktive Option für Mikrowellendioden.

IMPATT-Diodenanwendungen

IMPATT-Dioden werden in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt, bei denen ein kompaktes, kostengünstiges Mittel zur Erzeugung von Mikrowellenleistung erforderlich ist. Sie haben den Nachteil, dass sie alleine frei laufen und auch im Hinblick auf ihre Arbeitsweise ein relativ hohes Phasenrauschen erzeugen. Dennoch gibt es mehrere Anwendungen, für die die IMPATT-Diodentechnologie anwendbar ist.

  • Einbruchalarme
  • Grundformen des Radars
  • Allgemeine Detektoren mit HF-Technologie

Es gibt viele Bereiche, in denen die IMPATT-Diode verwendet werden kann, aber mit anderen Alternativen, die jetzt verfügbar werden, zusammen mit ihrem hohen Phasenrauschen und der benötigten hohen Spannung, hat ihre Verwendung abgenommen. Trotzdem ist es immer noch eine Form von Diode, die in einigen Anwendungen nützlich sein kann.

Schau das Video: IMPATT DIODE (November 2020).