IMPATTダイオードとは：構造とその動作

IMPATTダイオードの概念は、1954年にWilliamShockleyによって実際に発明されました。 そこで、彼は通過時間遅延のようなメカニズムの助けを借りて負性抵抗を生成するためのアイデアを拡張しました。 彼は、PN接合内の電荷キャリアの注入技術に順方向バイアスをかけ、1954年にTechnical Journal of Bell Systemsに彼の考えを発表し、「半導体ダイオード内の通過時間から発生する負性抵抗」というタイトルを付けたと提案しました。ベル研究所が彼のP + NI N +ダイオード構造を実装したため、1958年まで拡張され、その後、読み取りダイオードと呼ばれます。 その後、1958年に「提案された高周波負性抵抗ダイオード」というタイトルの技術ジャーナルが発行されました。 1965年に、最初の実用的なダイオードが作成され、最初の発振が観測されました。 このデモンストレーションに使用されるダイオードは、P + N構造のシリコンで構成されています。 その後、読み取りダイオードの動作が検証され、その後、1966年にPINダイオードが機能することが実証されました。 IMPATTダイオードとは何ですか？IMPATTダイオードの完全な形式は、IMPattイオン化アバランチトランジットタイムです。 これは、マイクロ波アプリケーションで使用される非常に高出力のダイオードです。 一般的に、マイクロ波周波数で増幅器および発振器として使用されます。 IMPATTダイオードの動作周波数範囲は3〜100 GHzです。一般に、このダイオードは負性抵抗特性を生成するため、信号を生成するためのマイクロ波周波数で発振器として機能します。 これは主に、通過時間効果と衝突電離アバランシェ効果によるものです。 IMPATTダイオードの分類は、シングルドリフトとダブルドリフトのXNUMXつのタイプで行うことができます。 シングルドリフトデバイスは、P + NN +、P + NIN +、N + PIP +、N + PP +です。P+ NN +デバイスを考えると、P + N接合は逆バイアスで接続されているため、アバランシェブレークダウンが発生し、次の領域が発生します。飽和速度でNN +に注入するP +。 しかし、NN +の領域から注入された正孔はドリフトしません。これは、シングルドリフトデバイスと呼ばれます。 ダブルドリフトデバイスの最良の例は、P + PNN +です。 この種のデバイスでは、PN接合がアバランシェブレークダウンの近くにバイアスされると、電子ドリフトはNN +領域を介して行われ、正孔はPP +領域を介してドリフトします。これはダブルドリフトデバイスとして知られています。 IMPATTダイオードには次のものが含まれます.3GHz〜100GHの動作周波数範囲IMPATTダイオードの動作原理はアバランシェ増倍です出力電力は1w CW以上400ワット以上パルス効率は3％CW＆60％パルス1GHz以下GUNNダイオードと比較してより強力ノイズの数値は30dbIMPATTダイオードの構造と動作IMPATTダイオードの構造を以下に示します。 このダイオードには、P + -NI-N +のようなXNUMXつの領域が含まれています。 PINダイオードとIMPATTの構造は同じですが、約400KV / cmの非常に高い電圧勾配で動作し、アバランシェ電流を生成します。 通常、Si、GaAs、InP、Geなどのさまざまな材料が主にその構造に使用されます。 IMPATTダイオードの構造通常のダイオードと比較すると、このダイオードは次の理由で多少異なる構造を使用しています。 通常のダイオードはアバランシェ状態で故障します。 大量の電流が発生すると、内部で発熱が発生します。 したがって、マイクロ波周波数では、構造の偏差は主にRF信号を生成するために使用されます。 一般的に、このダイオードはマイクロ波発生器で使用されます。 ここでは、DC電源がIMPATTダイオードに与えられ、回路内で適切な同調回路が使用されると発振する出力を生成します。IMPATT回路の出力は、他のマイクロ波ダイオードと比較して一貫性があり、比較的高いです。 しかし、それはまた、広範囲の位相ノイズを生成するため、位相ノイズの性能が通常より重要である場合は常に、受信機内の局部発振器よりも単純な送信機でより一般的に使用されます。このダイオードは、70ボルト以上のようなかなり高い電圧で動作します。 このダイオードは、位相ノイズによってアプリケーションを制限する可能性があります。 それにもかかわらず、これらのダイオードは主にいくつかの地域のマイクロ波ダイオードの魅力的な代替品です。IMPATTダイオード回路IMPATTダイオードのアプリケーションを以下に示します。 一般的に、この種のダイオードは主に3GHz以上の周波数で使用されます。 調整された回路にIMPATTに向かう絶縁破壊電圧の領域の電圧が与えられると、発振が発生することに注意してください。他のダイオードと比較して、このダイオードは負性抵抗を使用し、このダイオードは高範囲のデバイスに基づいて、通常XNUMXワット以上の電力。 このダイオードの動作は、電流制限抵抗を使用して電源から行うことができます。 この値は、電流の流れを必要な値に制限します。 電流はRFチョーク全体に供給され、DCをRF信号から分離します。 IMPATTダイオード回路IMPATTマイクロ波ダイオードは調整回路を超えて配置されますが、通常、このダイオードは必要な調整回路を提供する導波管キャビティ内に配置できます。 電圧が供給されると、回路がスイングします。IMPATTダイオードの主な欠点は、アバランシェ降伏のメカニズムにより広範囲の位相ノイズが発生するため、動作することです。 これらのデバイスは、シリコンと比較してはるかに優れたガリウム砒素（GaAs）技術を使用しています。 これは、電荷キャリアのイオン化係数が非常に速いためです。IMPATTとTrapattダイオードの違い異なる仕様に基づくIMPATTとTrapattダイオードの主な違いを以下に説明します。仕様IMPATTダイオードTRAPATTダイオード動作周波数0.5 – 100GHz1 –10GHz帯域幅1/10のRF中心周波数–効率60パルスモードでの％およびCWPパルスモードでの3％は20〜60％出力電力1ワット（CW）400ワット（パルス）100ワット以上ノイズ図30 dB60 dB基本半導体Si、InP、Ge、GaAsSi構造N + PIP +逆バイアスPNジャンクションP + NN ++またはN + P P +逆バイアスPN JunctionHarmonicsLowStrongRuggednessYesYesSizeTinyTinyApplicationOscillator、AmplifierOscillatorIMPATTダイオードの特性IMPATTダイオードの特性は次のとおりです。逆バイアス状態で動作します。これらのダイオードの製造に使用される材料はInP、Si、GaAsです。これらはコンパクトで信頼性が高く、ウェルとしてのなだれl通過時間として。ガンダイオードと比較して、これらは高いo / p電力とノイズも提供するため、局部発振器の受信機で使用されます。電流と電圧の位相差は180度です。 ここで、90度の位相遅延は主にアバランシェ効果によるもので、残りの角度は通過時間によるものです。これらは主に、発振器や増幅器などの高出力電力が必要な場合に使用されます。このダイオードによって提供される出力電力はミリメートルの範囲です。 -波の周波数。周波数が低い場合、出力電力は周波数に反比例しますが、高い周波数では、周波数のXNUMX乗に反比例します。利点IMPATTダイオードの利点は次のとおりです。高い動作範囲が得られます。サイズが小さく、経済的です。高温で信頼性の高い動作が得られます。他のダイオードと比較して、高電力機能を備えています。アンプとして使用する場合は常に、狭帯域デバイスのように機能します。これらのダイオードは、優れたマイクロ波発生器。マイクロ波伝送システムの場合、このダイオードはキャリア信号を生成できます。短所IMPATTダイオードの短所は次のとおりです。 次のようになります。チューニング範囲が狭くなります。さまざまな動作条件に対して高い感度が得られます。アバランシェ領域では、電子-正孔対の生成速度が高いノイズを生成する可能性があります。動作条件に対しては、応答性があります。適切な注意が必要です。 TRAPATTと比較すると、効率が低下します。IMPATTダイオードのチューニング範囲はGunnダイオードのように良くありません。Gunn＆klystronダイオードと比較して、より高い範囲でスプリアスノイズが発生します。 .ApplicationsIMPATTダイオードの用途は次のとおりです。これらのタイプのダイオードは、変調出力発振器およびマイクロ波発生器内のマイクロ波発振器のように使用されます。これらは、連続波レーダー、電子対策、およびマイクロ波リンクで使用されます。これらは、負の抵抗による増幅に使用されます。 。これらのダイオードは、パラメトリックアンプ、マイクロ波発振器、マイクロ波発生器で使用されます。 また、通信送信機、侵入者警報システム、受信機でも使用されます。変調出力発振器CWドップラーレーダー送信機マイクロ波発生器FM通信受信機の送信機LO侵入警報ネットワークパラメトリック増幅器したがって、これはすべてIMPATTダイオードの概要、構造、動作、違い、およびそのアプリケーションについてです。 これらの半導体デバイスは、3 GHz〜100GHzの周波数範囲で高出力マイクロ波信号を生成するために使用されます。 これらのダイオードは、より少ない電力アラームとレーダーシステムに適用できます。

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