IMPATT Diode คืออะไร : การก่อสร้างและการทำงาน

แนวคิดของ IMPATT diode ถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี 1954 โดย William Shockley ดังนั้น เขาจึงขยายแนวคิดในการสร้างการต่อต้านเชิงลบด้วยความช่วยเหลือของกลไก เช่น การหน่วงเวลาขนส่ง เขาเสนอว่าเทคนิคการฉีดสำหรับตัวพาประจุภายในจุดเชื่อมต่อ PN มีความเอนเอียงไปข้างหน้าและเผยแพร่ความคิดของเขาในวารสารทางเทคนิคของ Bell Systems ในปี 1954 และตั้งชื่อว่า 'การต้านทานเชิงลบที่เกิดขึ้นจากเวลาขนส่งภายใน Semiconductor Diodes นอกจากนี้ ข้อเสนอนี้ไม่ใช่ ขยายเวลาไปจนถึงปี 1958 เมื่อ Bell Laboratories ใช้โครงสร้างไดโอด P+ NI N+ และหลังจากนั้นจะเรียกว่าไดโอดอ่าน หลังจากนั้นในปี 1958 วารสารทางเทคนิคได้รับการตีพิมพ์ชื่อหัวข้อว่า ในปี พ.ศ. 1965 ไดโอดที่ใช้ได้จริงตัวแรกถูกสร้างขึ้นและสังเกตการสั่นครั้งแรก ไดโอดที่ใช้สำหรับการสาธิตนี้สร้างขึ้นจากซิลิคอนที่มีโครงสร้าง P+ N ต่อมาได้มีการตรวจสอบการทำงานของไดโอดแบบอ่านแล้ว และหลังจากนั้นก็ได้มีการสาธิตไดโอด PIN ในปี พ.ศ. 1966 ให้ใช้งานได้ IMPATT Diode คืออะไร?รูปแบบเต็มรูปแบบของไดโอด IMPATT คือ IMPatt ionization Avalanche Transit-Time นี่คือไดโอดกำลังสูงมากที่ใช้กับไมโครเวฟ โดยทั่วไปจะใช้เป็นแอมพลิฟายเออร์และออสซิลเลเตอร์ที่ความถี่ไมโครเวฟ ช่วงความถี่ในการทำงานของไดโอด IMPATT มีตั้งแต่ 3 – 100 GHz โดยทั่วไป ไดโอดนี้จะสร้างลักษณะความต้านทานเชิงลบ จึงทำงานเป็นออสซิลเลเตอร์ที่ความถี่ไมโครเวฟเพื่อสร้างสัญญาณ สาเหตุหลักมาจากผลกระทบของเวลาขนส่งและผลกระทบจากการถล่มของไอออไนซ์ การจำแนกประเภทของไดโอด IMPATT สามารถทำได้สองประเภทคือดริฟท์เดี่ยวและดริฟท์คู่ อุปกรณ์ดริฟท์เดี่ยวคือ P+NN+, P+NIN+, N+PIP+, N+PP+ เมื่อเราพิจารณาอุปกรณ์ P+NN+ ทางแยก P+N จะเชื่อมต่อแบบไบแอสย้อนกลับ ทำให้เกิดการพังทลายของหิมะถล่มที่ทำให้เกิดพื้นที่ของ P+ เพื่อฉีดเข้าไปใน NN+ ด้วยความเร็วอิ่มตัว แต่รูที่ฉีดจากบริเวณ NN+ จะไม่ลอยซึ่งเรียกว่าอุปกรณ์ดริฟท์เดี่ยว ตัวอย่างที่ดีที่สุดของอุปกรณ์ดริฟท์คู่คือ P+PNN+ ในอุปกรณ์ประเภทนี้ เมื่อใดก็ตามที่ทางแยก PN มีความเอนเอียงใกล้กับการพังทลายของหิมะถล่ม การเคลื่อนตัวของอิเล็กตรอนสามารถทำได้ผ่านบริเวณ NN+ ในขณะที่รูจะเคลื่อนผ่านบริเวณ PP+ ซึ่งเรียกว่าอุปกรณ์ดริฟท์คู่ คุณสมบัติเด่นของ ไดโอด IMPATT มีดังต่อไปนี้ ช่วงความถี่การทำงานตั้งแต่ 3GHz ถึง 100GH หลักการทำงานของไดโอด IMPATT คือการคูณด้วยหิมะถล่ม กำลังขับคือ 1w CW และสูงกว่า 400 วัตต์พัลซิ่งประสิทธิภาพคือ 3% CW และ 60% ของพัลส์ภายใต้ 1GHz มีประสิทธิภาพมากกว่าเมื่อเทียบกับไดโอด GUNN ตัวเลขเสียงรบกวนคือ 30dbIMPATT การสร้างและการทำงานของไดโอด โครงสร้างของไดโอด IMPATT แสดงอยู่ด้านล่าง ไดโอดนี้ประกอบด้วยสี่ส่วน เช่น P+-NI-N+ โครงสร้างของทั้ง PIN diode และ IMPATT นั้นเหมือนกัน แต่ทำงานบนความลาดชันของแรงดันไฟฟ้าสูงมากที่ประมาณ 400KV/cm เพื่อสร้างกระแสหิมะถล่ม โดยปกติแล้ว วัสดุต่างๆ เช่น Si, GaAs, InP หรือ Ge ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการก่อสร้าง การสร้างไดโอด IMPATT เมื่อเทียบกับไดโอดปกติ ไดโอดนี้ใช้โครงสร้างที่แตกต่างกันบ้างเพราะ; ไดโอดปกติจะสลายตัวในสภาพหิมะถล่ม เนื่องจากกระแสไฟฟ้าจำนวนมากทำให้เกิดความร้อนขึ้นภายใน ดังนั้นที่ความถี่ไมโครเวฟ ส่วนเบี่ยงเบนของโครงสร้างจึงถูกใช้เป็นหลักในการสร้างสัญญาณ RF โดยทั่วไป ไดโอดนี้ใช้ในเครื่องกำเนิดไมโครเวฟ ในที่นี้ แหล่งจ่ายไฟ DC จะถูกจ่ายให้กับไดโอด IMPATT เพื่อสร้างเอาต์พุตที่สั่นเมื่อมีการใช้วงจรที่ปรับอย่างเหมาะสมภายในวงจร เอาต์พุตของวงจร IMPATT มีความสม่ำเสมอและค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับไดโอดไมโครเวฟอื่นๆ แต่ยังสร้างช่วงสัญญาณรบกวนในเฟสสูง ซึ่งหมายความว่ามันถูกใช้ในเครื่องส่งสัญญาณแบบธรรมดามากกว่าออสซิลเลเตอร์ภายในเครื่องรับไม่ว่าที่ใดก็ตามที่ประสิทธิภาพของสัญญาณรบกวนในเฟสมีความสำคัญมากกว่า ไดโอดนี้ทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ค่อนข้างสูง เช่น 70 โวลต์หรือสูงกว่า ไดโอดนี้สามารถจำกัดการใช้งานผ่านสัญญาณรบกวนเฟส อย่างไรก็ตาม ไดโอดเหล่านี้เป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับไดโอดไมโครเวฟในหลายภูมิภาค การประยุกต์ใช้วงจรไดโอด IMPATT ของไดโอด IMPATT แสดงอยู่ด้านล่าง โดยทั่วไปแล้ว ไดโอดชนิดนี้ส่วนใหญ่จะใช้ความถี่ที่สูงกว่า 3 GHz จะสังเกตได้ว่าเมื่อใดก็ตามที่วงจรปรับได้รับแรงดันไฟฟ้าในบริเวณแรงดันพังทลายไปยัง IMPATT การสั่นจะเกิดขึ้นเมื่อเทียบกับไดโอดอื่น ๆ ไดโอดนี้ใช้ความต้านทานเชิงลบและไดโอดนี้สามารถสร้างช่วงสูงของ กำลังไฟโดยทั่วไปคือสิบวัตต์หรือสูงกว่านั้นขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ การทำงานของไดโอดนี้สามารถทำได้จากแหล่งจ่ายโดยใช้ตัวต้านทานจำกัดกระแส ค่านี้จำกัดการไหลของกระแสให้เป็นค่าที่จำเป็น กระแสไฟฟ้าถูกจ่ายผ่าน RF choke เพื่อแยก DC ออกจากสัญญาณ RF วงจรไดโอด IMPATT ไดโอดไมโครเวฟ IMPATT ถูกจัดเรียงเหนือวงจรที่ปรับจูน แต่ปกติไดโอดนี้อาจถูกจัดเรียงภายในช่องท่อนำคลื่นที่ให้วงจรปรับที่จำเป็น เมื่อจ่ายไฟแล้ว วงจรจะแกว่ง ข้อเสียเปรียบหลักของไดโอด IMPATT คือการทำงาน เนื่องจากจะสร้างช่วงสัญญาณรบกวนในเฟสสูงอันเนื่องมาจากกลไกการพังทลายของหิมะถล่ม อุปกรณ์เหล่านี้ใช้เทคโนโลยี Gallium Arsenide (GaAs) ซึ่งดีกว่ามากเมื่อเทียบกับซิลิคอน ซึ่งเป็นผลมาจากค่าสัมประสิทธิ์การแตกตัวเป็นไอออนที่เร็วกว่ามากสำหรับตัวพาประจุ ความแตกต่างระหว่าง IMPATT และ Trapatt Diode ความแตกต่างหลักระหว่าง IMPATT และไดโอด Trapatt ตามข้อกำหนดที่ต่างกันได้อธิบายไว้ด้านล่าง ข้อมูลจำเพาะ IMPATT DiodeTRAPATT DiodeOperatingFrequency0.5 – 100GHz1 – 10GHzBandwidth1/10th of RF Center Frequency–Efficiency60 % ในโหมดพัลซิ่ง & 3% ในโหมด CWPulsed คือ 20 – 60% กำลังขับ1Watt(CW) 400Watt(Pulsed) เหนือ 100 WattNoise Figure30 dB60 dBBasic semiconductorsSi, InP, Ge, GaAsSiConstructionN+PIP+ reverse bias PN JunctionP+ NN++ หรือ N+ P P+ PN JunctionHarmonicsLowStrong Ruggednessมีใช่SizeTinyTinyApplicationOscillator, AmplifierOscillatorIMPATT Diode Characteristicsลักษณะของไดโอด IMPATT มีดังต่อไปนี้ ทำงานในสภาวะไบแอสย้อนกลับวัสดุที่ใช้ในการผลิตไดโอดเหล่านี้คือ InP, Si & GaAs สิ่งเหล่านี้มีขนาดกะทัดรัดและเชื่อถือได้เนื่องจากสร้างพื้นที่ต้านทานเชิงลบ หิมะถล่มเช่นกัน l เป็นเวลาขนส่ง เมื่อเปรียบเทียบกับไดโอด Gunn ไดโอดเหล่านี้ให้พลังงาน o/p สูงและสัญญาณรบกวน ดังนั้นจึงใช้ในเครื่องรับสำหรับออสซิลเลเตอร์ในพื้นที่ ความแตกต่างของเฟสระหว่างกระแสและแรงดันคือ 180 องศา ที่นี้เฟสดีเลย์ด้วย 90 องศาส่วนใหญ่เป็นเพราะผลกระทบหิมะถล่มในขณะที่มุมที่เหลือเป็นเพราะเวลาการขนส่ง ส่วนใหญ่จะใช้เหล่านี้ในกรณีที่จำเป็นต้องใช้กำลังขับสูงเช่นออสซิลเลเตอร์และแอมพลิฟายเออร์กำลังขับของไดโอดนี้อยู่ในช่วงมิลลิเมตร - ความถี่คลื่น ที่ความถี่น้อยกว่า กำลังขับจะแปรผกผันกับความถี่ ในขณะที่ความถี่สูง จะเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของความถี่ ข้อดีของไดโอด IMPATT ได้แก่ ให้ช่วงการทำงานสูง มีขนาดเล็ก ประหยัด ที่อุณหภูมิสูงทำให้การทำงานมีความน่าเชื่อถือ เมื่อเทียบกับไดโอดอื่นๆ จะมีความสามารถในการใช้พลังงานสูง เมื่อใดก็ตามที่ใช้เป็นแอมพลิฟายเออร์ มันจะทำงานเหมือนอุปกรณ์วงแคบ ไดโอดเหล่านี้ถูกใช้เป็น เครื่องกำเนิดไมโครเวฟที่ดีเยี่ยมสำหรับระบบส่งไมโครเวฟ ไดโอดนี้สามารถสร้างสัญญาณพาหะได้ ข้อเสีย ข้อเสียของไดโอด IMPATT ได้แก่ ให้ช่วงการปรับจูนน้อยลง ให้ความไวสูงต่อสภาวะการทำงานต่างๆ ในบริเวณหิมะถล่ม อัตราการสร้างคู่อิเล็กตรอน-รูสามารถทำให้เกิดเสียงรบกวนสูง สำหรับสภาพการทำงาน จะตอบสนองได้ หากดูแลอย่างเหมาะสม ไม่ได้รับความเสียหายเนื่องจากค่ารีแอกแตนซ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ขนาดใหญ่ เมื่อเปรียบเทียบกับ TRAPATT จะมีประสิทธิภาพน้อยกว่า ช่วงการปรับจูนของไดโอด IMPATT นั้นไม่ดีเหมือนไดโอด Gunn ซึ่งสร้างสัญญาณรบกวนปลอมผ่านช่วงที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับไดโอด Gunn & klystron การประยุกต์ใช้งานของไดโอด IMPATT มีดังต่อไปนี้ ไดโอดประเภทนี้ใช้เหมือนกับออสซิลเลเตอร์ไมโครเวฟภายในออสซิลเลเตอร์เอาต์พุตแบบมอดูเลตและเครื่องกำเนิดไมโครเวฟ เหล่านี้ใช้ในเรดาร์คลื่นต่อเนื่อง มาตรการตอบโต้ทางอิเล็กทรอนิกส์ และลิงก์ไมโครเวฟ สิ่งเหล่านี้ใช้สำหรับการขยายสัญญาณผ่านความต้านทานเชิงลบ ไดโอดเหล่านี้ใช้ในแอมพลิฟายเออร์พาราเมตริก ออสซิลเลเตอร์ไมโครเวฟ เครื่องกำเนิดไมโครเวฟ และยังใช้ในเครื่องส่งสัญญาณโทรคมนาคม ระบบเตือนภัยและผู้บุกรุก เครื่องรับและส่งสัญญาณเอาต์พุตแบบปรับคลื่นความถี่ CW Doppler Radar Transmitterเครื่องกำเนิดคลื่นไมโครเวฟเครื่องส่งคลื่นความถี่วิทยุ FM เครือข่ายสัญญาณเตือนการบุกรุก LOIntrusion Alarm NetworkParametric Amplifier ดังนั้น นี่คือทั้งหมดที่เกี่ยวกับภาพรวมของไดโอด IMPATT การก่อสร้าง การทำงาน ความแตกต่างและการใช้งาน อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้ใช้สำหรับสร้างสัญญาณไมโครเวฟกำลังสูงที่ช่วงความถี่ 3 GHz ถึง 100 GHz ไดโอดเหล่านี้ใช้ได้กับสัญญาณเตือนพลังงานและระบบเรดาร์ที่น้อยลง

ฝากข้อความ 

รายการข้อความ