Diody IMPATT

  • icon

    Wysoka moc

  • icon

    Stabilność mocy

  • icon

    Stała częstotliwość

  • icon

    Kompaktowe

  • icon

    Niski koszt

  • icon

    Długa żywotność

Dioda IMPATT (Impact Ionization Avalanche Transit Time) jest rodzajem półprzewodnikowej diody o dużej mocy wykorzystywanej w zastosowaniach mikrofalowych przy wysokich częstotliwościach, od kilku GHz do kilkuset GHz. Mając ujemną rezystancję, diody IMPATT są naturalnie wykorzystywane jako oscylatory w generowaniu sygnałów o wysokiej częstotliwości. Jednak jedną z kluczowych zalet diod IMPATT w porównaniu z innymi diodami mikrofalowymi, jest ich stosunkowo duża moc. Z historycznego punktu widzenia dioda IMPATT nazywana jest również diodą „Reada” na cześć W.T. Reada, który jako pierwszy, w 1958 roku, zaproponował strukturę p+-n-i-n+ w oparciu o metodę spolaryzowanego do przodu złącza wtrysku nośnika.

Zasady działania diod IMPATT

Złącze standardowe PN i diody IMPATT mają podobną charakterystykę I-V pokazaną na rys. 1a. Jak pokazano na rysunku, gdy napięcie polaryzacji w kierunku przewodzenia osiągnie poziom „włączony”, dioda zaczyna przewodzić w kierunku przewodzenia zapobiegając jednocześnie prądowi wstecznemu. Gdy tylko napięcie polaryzacji przyłożone w kierunku zaporowym przekroczy punkt przebicia, dioda zaczyna przewodzić w odwrotnym kierunku ze względu na zjawisko przebicia lawinowego.

Na potrzeby generowania sygnału mikrofalowego można wykorzystać różne typy struktur diodowych IMPATT Rysunki 1b-1e ilustrują podstawową zasadę działania diod IMPATT na przykładzie struktury półprzewodnikowej p+-n-i-n+.

W tym przypadku można wyróżnić dwa wyraźnie oddzielone przestrzennie obszary pokazane na rys. 1b, region mnożenia lawinowego (złącze spolaryzowane w kierunku przewodzenia „p+n” ) oraz obszar dryfu nośnika (obszar i, który ulega całkowitemu wyczerpaniu przy wysokich napięciach wstecznych). Ten konkretny układ tworzy profil dystrybucji nośnika wskazany na rys. 1c i rys. 1d.

W pierwszym obszarze występuje wtłaczanie nośników (szybki wzrost liczby swobodnych ładunków). Ze względu na maksymalnie duże natężenie pola elektrycznego w poprzek złącza (Rys. 1e), nowo powstałe dziury są przyspieszane do silnie domieszkowanego obszaru p+, co prowadzi do jonizacji zderzeniowej, która z kolei prowadzi do lawinowego mnożenia się nośników.

Natomiast elektrony przepychane są przez ten ostatni obszar, gdzie dryfują w stałym polu elektrycznym (rys. 1e), a następnie do obszaru n+. Pod warunkiem, że natężenie pola elektrycznego w lekko domieszkowanym obszarze n jest wysokie, prędkość dryfu elektronu pozostaje prawie stała. W związku z tym, przy różnicowej mobilności elektronów bliskiej zeru, gęstość ładunku objętościowego nie zmniejsza się wraz z przepływem elektronów.

Gdy napięcie złącza spolaryzowanego w kierunku zaporowym jest zwiększone do punktu, w którym pole elektryczne w złączu p+-n przekracza poziom przebicia, współczynnik jonizacji uderzeniowej α osiąga wysokie wartości. Stąd głębokość obszaru jonizacji uderzeniowej jest utrzymywana na niskim poziomie z powodu silnej zależności α od poziomu natężenia pola elektrycznego.


IMPATT diode I-V characteristic
Rys.1a
How does an IMPATT diode work: carrier drift within an IMPATT diode
Rys.1b
How does an IMPATT diode work: carrier drift within an IMPATT diode
Rys.1c
Fig.1d
Rys.1d
Fig.1e
Rys.1e

Obwód generatora IMPATT

Rys. 2 przedstawia ogólną konfigurację obwodów generatora IMPATT. Aby zapewnić stabilną i niezawodną pracę, dioda jest napędzana przez źródło zasilania poprzez rezystor ograniczający prąd i dławik RF w celu zapewnienia izolacji DC od sygnału o częstotliwości radiowej. W celu podtrzymania oscylacji przy określonej częstotliwości, dioda IMPATT jest zazwyczaj zintegrowana w zestrojonym obwodzie rezonatora, takim jak jama falowodowa.

W porównaniu z innymi rodzajami mikrofalowych diod o ujemnej rezystancji, z generatorami opartymi na IMPATT możliwe jest osiągnięcie znacznie wyższych poziomów mocy wyjściowej. Generatory IMPATT okazały się również jednymi z najbardziej wydajnych i ekonomicznych źródeł energii o wysokiej żywotności i stabilnej niezawodnej pracy.

Typical IMPATT diode oscillator circuit

img
img
img

Jakieś pytania?
Proszę skontaktuj się z nami.