Como Funciona um Diodo IMPATT
Descrição do funcionamento de um diodo de micro-ondas IMPATT: descrição, teoria; Operação.
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Tutorial de Diodo IMPATT Inclui:
Diodo IMPATT | Como funciona um diodo IMPATT | Estrutura do diodo IMPATT | Diodo TRAPATT | Diodo BARITT
Tutorial de Diodo Inclui:
Tipos de diodos | Especificações e classificações de diodos
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A estrutura de um diodo IMPATT é muito semelhante a um diodo Schottky ou PIN padrão, mas ao observar como um diodo IMPATT funciona, pode ser visto como muito diferente.
O diodo de micro-ondas IMPATT usa a quebra de avalanche combinada e o tempo de trânsito do portador de carga para criar uma região de resistência negativa que permite que ele atue como um oscilador.
Como a natureza da avalanche é muito ruidosa, os sinais criados por um diodo IMPATT têm altos níveis de ruído de fase.
Princípios básicos da teoria do diodo IMPATT
O diodo IMPATT tem uma característica IV muito semelhante a qualquer outra forma de diodo de junção PN. Ele conduz na direção direta assim que a tensão de ativação é atingida. Na direção inversa, bloqueia o fluxo de corrente, até que a tensão de ruptura do diodo seja atingida. É neste ponto que ocorre a avalanche e a corrente flui na direção inversa.
Para sua operação como gerador de sinal de microondas, o diodo IMPATT é operado sob condições de polarização reversa. Estes são definidos para que ocorra a avalanche.
A quebra ocorre na região muito próxima ao P+ (ou seja, região P fortemente dopada). O campo elétrico na junção PN é muito alto porque a tensão aparece através de uma lacuna muito estreita, criando um alto gradiente de potencial. Nessas circunstâncias, quaisquer transportadoras são aceleradas muito rapidamente.
Como resultado, eles colidem com a rede cristalina e liberam outros portadores. Esses portadores recém-liberados são igualmente acelerados e colidem com a rede cristalina, liberando mais portadores. Esse processo dá origem ao que é chamado de quebra de avalanche, pois o número de portadores se multiplica muito rapidamente. Pois esse tipo de quebra só ocorre quando uma certa tensão é aplicada na junção. Abaixo disso, o potencial não acelera suficientemente os portadores.
Em termos de operação, o diodo IMPATT pode ser considerado como composto por duas áreas, a saber, a região de avalanche ou região de injeção e, em segundo lugar, a região de deriva.
Essas duas áreas fornecem funções diferentes. A avalanche ou região de injeção cria os portadores que podem ser buracos de elétrons, e a região de deriva é onde os portadores se movem através do diodo levando um certo tempo dependendo de sua espessura.
Operação do diodo IMPATT
Uma vez que os portadores tenham sido gerados, o dispositivo conta com resistência negativa para gerar e sustentar uma oscilação. O efeito não ocorre no dispositivo em DC, mas aqui é um efeito AC que é causado por diferenças de fase que são vistas na frequência de operação. Quando um sinal CA é aplicado, os picos de corrente ficam 180° fora de fase com a tensão. Isso resulta de dois atrasos que ocorrem no dispositivo: atraso de injeção e um atraso no tempo de trânsito à medida que os portadores atuais migram ou se desviam pelo dispositivo.
A tensão aplicada ao diodo IMPATT tem um valor médio onde está à beira de uma avalanche. A tensão varia como uma onda senoidal, mas a geração de portadores não ocorre em uníssono com as variações de tensão. Pode-se esperar que isso ocorra na tensão de pico. Isso ocorre porque a geração de portadores não é apenas função do campo elétrico, mas também do número de portadores já existentes.
À medida que o campo elétrico aumenta, também aumenta o número de portadores. Então, mesmo depois que o campo atingiu seu pico, o número de portadores ainda continua a crescer como resultado do número de portadores já existentes. Isso continua até que o campo caia abaixo de um valor crítico quando o número de portadoras começa a cair. Como resultado desse efeito, há um atraso de fase, de modo que a corrente fica cerca de 90° atrás da tensão. Isso é conhecido como atraso da fase de injeção.
Quando os elétrons se movem pela região N+, uma corrente externa é observada, e isso ocorre em picos, resultando em uma forma de onda repetitiva.
Circuitos de diodo IMPATT
Os diodos IMPATT são geralmente usados em frequências acima de cerca de 3 GHz ou mais. Verificou-se que quando um circuito sintonizado é aplicado junto com uma tensão em torno da tensão de ruptura para o IMPATT, ocorrerá oscilação.
Comparado a outros dispositivos que usam resistência negativa e estão disponíveis para operação nessas frequências, o IMPATT é capaz de produzir níveis de potência muito maiores. Normalmente, valores de dez ou mais watts podem ser obtidos, dependendo do dispositivo.
O diodo IMPATT é acionado por uma fonte através de um resistor limitador de corrente. O valor deste limita a corrente ao valor requerido. A corrente passa por uma bobina de RF para isolar a CC do sinal de radiofrequência. O diodo de micro-ondas IMPATT é colocado no circuito sintonizado. Normalmente, o diodo pode ser montado em uma cavidade de guia de onda que fornece o circuito sintonizado necessário. Uma vez que a tensão de alimentação é aplicada, o circuito irá oscilar.
Uma das principais desvantagens do diodo IMPATT em sua operação é a geração de altos níveis de ruído de fase como resultado do mecanismo de quebra de avalanche. Verificou-se que os dispositivos baseados na tecnologia de arseneto de gálio são muito melhores do que aqueles que usam silício. Isso resulta dos coeficientes de ionização muito mais próximos para buracos e elétrons.
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