什么是 IMPATT 二极管：结构及其工作原理

IMPATT二极管的概念实际上是由William Shockley于1954年发明的。 因此，他借助传输时间延迟等机制扩展了产生负电阻的想法。 他提出了正向偏置 PN 结内电荷载流子的注入技术，并于 1954 年在贝尔系统技术杂志上发表了他的想法，题为“半导体二极管内传输时间产生的负电阻”。一直延续到 1958 年，因为贝尔实验室实现了他的 P+ NI N+ 二极管结构，之后，它被称为读取二极管。 之后在1958年出版了一份技术期刊，标题为“一种提议的高频负阻二极管”。 1965 年，制造了第一个实用的二极管并观察到了第一次振荡。 用于此演示的二极管是通过具有 P+N 结构的硅构建的。 后来，验证了读取二极管的操作，之后，在 1966 年证明了 PIN 二极管可以工作。 什么是IMPATT二极管？IMPATT二极管的全称是IMPATT电离雪崩传输时间。 这是一种用于微波应用的极高功率二极管。 一般用作微波频率的放大器和振荡器。 IMPATT 二极管的工作频率范围为 3 – 100 GHz。通常，该二极管产生负电阻特性，因此在微波频率下用作振荡器以产生信号。 这主要是由于传输时间效应和碰撞电离雪崩效应。 IMPATT二极管的分类可分为单漂移和双漂移两种。 单个漂移器件是 P+NN+、P+NIN+、N+PIP+、N+PP+。当我们考虑 P+NN+ 器件时，P+N 结以反向偏置连接，然后它会导致雪崩击穿，从而导致区域P+ 以饱和速度注入 NN+。 但从 NN+ 区域注入的空穴不漂移，称为单漂移器件。 双漂移器件的最佳示例是 P+PNN+。 在这种器件中，每当 PN 结偏置接近雪崩击穿时，电子漂移可以通过 NN+ 区域而空穴通过 PP+ 区域漂移，这被称为双漂移器件。 IMPATT 二极管包括以下内容。工作频率范围从 3GHz 到 100GHIMPATT 二极管的工作原理是雪崩倍增输出功率为 1w CW & 以上 400watt 脉冲效率为 3% CW & 60% 脉冲在 1GHz 下比 GUNN 二极管更强大噪声系数为30dbIMPATT 二极管结构和工作 IMPATT 二极管的结构如下所示。 该二极管包括四个区域，如 P+-NI-N+。 PIN 二极管和 IMPATT 的结构相同，但它工作在大约 400KV/cm 的极高电压梯度上以产生雪崩电流。 通常，其结构主要使用不同的材料，例如 Si、GaAs、InP 或 Ge。 IMPATT 二极管结构 与普通二极管相比，该二极管使用了稍微不同的结构，因为： 普通二极管会在雪崩条件下击穿。 由于大量的电流产生导致其内部产生热量。 所以在微波频率，结构偏差主要用于产生射频信号。 通常，这种二极管用于微波发生器。 在这里，直流电源提供给 IMPATT 二极管以产生一个输出，一旦在电路中使用适当的调谐电路，该输出就会振荡。与其他微波二极管相比，IMPATT 电路的输出是一致的且相对较高。 但它也会产生大范围的相位噪声，这意味着它比接收器中的本地振荡器更常用于简单的发射器，在相位噪声的性能通常更重要的地方。该二极管在相当高的电压下工作，如 70 伏或更高。 该二极管可以通过相位噪声限制应用。 尽管如此，这些二极管主要是几个地区微波二极管的有吸引力的替代品。 IMPATT二极管电路IMPATT二极管的应用如下所示。 一般这种二极管主要用于3GHz以上的频率。 值得注意的是，每当调谐电路在击穿电压范围内施加朝向 IMPATT 的电压时，就会发生振荡。 与其他二极管相比，该二极管使用负电阻，并且该二极管能够产生高范围的功率通常为 XNUMX 瓦或更高，具体取决于设备。 该二极管的操作可以通过使用限流电阻的电源来完成。 该值将电流限制为所需值。 电流通过 RF 扼流圈提供，以将 DC 与 RF 信号分开。 IMPATT 二极管电路 IMPATT 微波二极管布置在调谐电路之外，但通常该二极管可以布置在提供必要调谐电路的波导腔内。 当给定电压供应时，电路将摆动。IMPATT 二极管的主要缺点是它的操作，因为由于雪崩击穿机制，它会产生高范围的相位噪声。 这些设备使用比硅更好的砷化镓 (GaAs) 技术。 这是由于电荷载流子的电离系数非常快。IMPATT 和 Trapatt 二极管之间的差异下面讨论了基于不同规格的 IMPATT 和 Trapatt 二极管之间的主要区别。 % 脉冲模式 & 0.5% CW 脉冲模式为 100 – 1% 输出功率10Watt(CW) 1Watt(Pulsed)Above 10 WattNoise Figure60 dB3 dB基本半导体Si、InP、Ge、GaAsSiconstructionN+PIP+反向偏置PN JunctionP+ PNN+++或Biverse PN JunctionHarmonicsLowStrongRuggednessYesYesSizeTinyTinyApplicationOscillator,AmplifierOscillatorIMPATT二极管特性IMPATT二极管的特性包括以下内容。它在反向偏置条件下工作用于制造这些二极管的材料是InP、Si和GaAs。这些材料紧凑且可靠由于雪崩l 作为渡越时间。与耿氏二极管相比，这些二极管还提供高输出功率和噪声，因此用于本地振荡器的接收器。电流和电压之间的相位差为 20 度。 这里90度的相位延迟主要是因为雪崩效应，而剩余的角度是因为渡越时间。这些主要用于需要高输出功率的地方，如振荡器和放大器。该二极管提供的输出功率在毫米范围内-波频率。在较少频率下，输出功率与频率成反比，而在高频下，它与频率的平方成反比。优点 IMPATT 二极管的优点包括以下内容。它提供了很高的工作范围。它的尺寸小。这些是经济的。在高温下，它提供可靠的操作与其他二极管相比，它具有高功率能力。无论何时用作放大器，它都像窄带设备一样工作。这些二极管用作优秀的微波发生器。对于微波传输系统，这种二极管可以产生载波信号。缺点IMPATT二极管的缺点包括以下。它提供较小的调谐范围。它对各种工作条件具有高灵敏度。在雪崩区域，电子-空穴对产生的速率会导致产生高噪声。对于工作条件，它是响应性的。如果适当照顾不采取，那么它可能会因为巨大的电抗而被损坏。与 TRAPATT 相比，它提供的效率较低 IMPATT 二极管的调谐范围不如 Gunn 二极管好。与 Gunn 和速调管二极管相比，它通过更高的范围产生杂散噪声.应用IMPATT二极管的应用包括以下这些类型的二极管用作调制输出振荡器和微波发生器中的微波振荡器。这些用于连续波雷达、电子对抗和微波链路。这些用于通过负电阻放大.这些二极管用于参量放大器、微波振荡器、微波发生器。 并且还用于电信发射器、入侵者报警系统和接收器。调制输出振荡器CW 多普勒雷达发射器微波发生器发射器的调频电信接收器 LO 入侵报警网络参数放大器因此，这是关于 IMPATT 二极管、结构、工作、差异及其应用的概述。 这些半导体器件用于产生 3 GHz 至 100 GHz 频率范围内的高功率微波信号。 这些二极管适用于功率较小的报警和雷达系统。

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