معلومات

IMPATT Diode: صمام ثنائي ميكروويف

IMPATT Diode: صمام ثنائي ميكروويف

الصمام الثنائي IMPATT أو الصمام الثنائي IMPact للتأين Avalanche Transit Time هو جهاز أشباه الموصلات RF يستخدم لتوليد إشارات تردد الراديو الميكروويف.

تقنية الصمام الثنائي IMPATT قادرة على توليد إشارات عادة من حوالي 3 و 100 جيجاهرتز أو أكثر. واحدة من المزايا الرئيسية لهذا الصمام الثنائي للميكروويف هي القدرة العالية نسبيًا (غالبًا عشرة واط وأكثر) والتي تكون أعلى بكثير من العديد من الأشكال الأخرى لصمام الميكروويف.

على الرغم من أن الصمام الثنائي IMPATT لا يستخدم على نطاق واسع هذه الأيام حيث تمكنت التقنيات الأخرى من توفير مستويات أعلى من الأداء ، إلا أنه يناسب مكانًا مناسبًا في سوق توليد إشارات الميكروويف ، خاصة عندما تكون هناك حاجة إلى مصادر فعالة التكلفة نسبيًا

اكتشاف وتطوير IMPATT

اقترح ويليام شوكلي الفكرة الأصلية لتقنية الصمام الثنائي IMPATT في عام 1954. وقد طور مفهومًا لإنشاء مقاومة سلبية باستخدام آلية تأخير وقت العبور. في اقتراحه ، كانت طريقة الحقن للناقلات عبارة عن تقاطع PN متحيز للأمام.

نشر شوكلي فكرته في مجلة Bell Systems Technical Journal في عام 1954 في ورقة بعنوان: "المقاومة السلبية الناشئة عن وقت العبور في ثنائيات أشباه الموصلات".

لم يتم تطوير الفكرة بشكل أكبر حتى عام 1958 عندما اقترح دبليو تي ريد من مختبرات بيل هيكل الصمام الثنائي P + N I N + الذي أطلق عليه فيما بعد الصمام الثنائي للقراءة. يستخدم هذا الصمام الثنائي مضاعفة الانهيار الجليدي كآلية للحقن. مرة أخرى تم نشر ورقة في مجلة Bell Systems Technical Journal ، هذه المرة في عام 1958 تحت عنوان: مقترح عالي التردد ، الصمام الثنائي للمقاومة السلبية.

على الرغم من أن آلية الحقن والصمام الثنائي قد تم افتراضهما ، إلا أنه لم يكن من الممكن إدراك الصمام الثنائي في البداية. استغرق الأمر حتى عام 1965 قبل أن يتم عمل أول صمامات ثنائية عملية ولوحظت التذبذبات الأولى. تم تصنيع الصمام الثنائي المستخدم في هذا العرض التوضيحي باستخدام السيليكون وله هيكل P + N.

بعد ذلك ، تم عرض تشغيل الصمام الثنائي للقراءة ، ثم في عام 1966 ، تم أيضًا إثبات عمل الصمام الثنائي PIN.

أساسيات IMPATT الصمام الثنائي

في كثير من النواحي ، يعتبر الصمام الثنائي IMPATT صمامًا ثنائيًا غير معتاد من حيث أنه قادر على توفير إشارات RF عالية الطاقة عند ترددات الميكروويف باستخدام بنية لا تختلف كثيرًا عن تقاطع PN الأساسي. ومع ذلك فقد تم تطويره لتمكين استخدام طريقة تشغيل مختلفة تمامًا.

  • النظرية والتشغيل: يعتمد الصمام الثنائي للميكروويف IMPATT على تأثير المقاومة السلبي الناتج عن وقت عبور الموجات الحاملة. عندما تحدث مقاومة سالبة ، يؤدي تقليل الجهد إلى زيادة التيار والعكس صحيح. هذه المقاومة السلبية تمكن الصمام الثنائي من العمل كمذبذب ، مما يخلق إشارات على ترددات الميكروويف. اقرأ المزيد عن كيف يعمل الصمام الثنائي IMPATT؟
  • التصنيع والهيكل: هناك عدد من الهياكل وطرق التصنيع المستخدمة لثنائيات IMPATT. كل واحد له مزاياه وعيوبه. اقرأ المزيد عن هيكل وتصنيع IMPATT

تشغيل الصمام الثنائي IMPATT

يستخدم الصمام الثنائي IMPATT بشكل عام في مولدات الميكروويف. لإنشاء مخرج ، يتم تطبيق مصدر تيار مستمر على IMPATT والذي يتأرجح عندما تكون دائرة مضبوطة مناسبة في الدائرة.

يعتبر خرج دائرة IMPATT موثوقًا وعاليًا نسبيًا عند مقارنته بأشكال أخرى من الصمام الثنائي الميكروويف. ومع ذلك ، فإنه يولد أيضًا مستويات عالية من ضوضاء الطور نتيجة لتشغيله وهذا يعني أنه يتم استخدامه في أجهزة الإرسال البسيطة بشكل متكرر أكثر من استخدامه كمذبذب محلي في أجهزة الاستقبال حيث يكون أداء ضوضاء الطور أكثر أهمية بشكل عام. تعني مشكلة ضوضاء الطور أيضًا أنه يجب استخدامها في التطبيقات المتساهلة نسبيًا حيث من غير المحتمل أن يكون أداء ضوضاء الطور ذا أهمية.

يتطلب الصمام الثنائي IMPATT جهدًا عاليًا نسبيًا لتشغيله. في كثير من الأحيان قد يصل هذا إلى 70 فولت أو ربما أكثر. إلى جانب ضوضاء الطور ، يمكن أن يحد هذا من التطبيقات التي يمكن فيها استخدام الصمام الثنائي. ومع ذلك ، تعد الثنائيات IMPATT خيارًا جذابًا بشكل خاص لثنائيات الميكروويف للعديد من المناطق.

تطبيقات الصمام الثنائي IMPATT

تستخدم الثنائيات IMPATT في عدد من التطبيقات التي تتطلب وسيلة فعالة من حيث التكلفة لتوليد طاقة الميكروويف. لديهم العيب المتمثل في تشغيلهم الحر بمفردهم ، وأيضًا في ضوء الطريقة التي يعملون بها ، فإنهم يولدون مستويات عالية نسبيًا من ضوضاء المرحلة. ومع ذلك ، هناك العديد من التطبيقات التي تنطبق عليها تقنية الصمام الثنائي IMPATT.

  • إنذارات الدخيل
  • الأشكال الأساسية للرادار
  • أجهزة الكشف العامة باستخدام تقنية الترددات اللاسلكية

هناك العديد من المجالات التي يمكن فيها استخدام الصمام الثنائي IMPATT ، ولكن مع توفر البدائل الأخرى الآن ، إلى جانب ضوضاء المرحلة العالية والجهد العالي المطلوب ، انخفض استخدامه. ومع ذلك ، فإنه لا يزال شكلاً من أشكال الصمام الثنائي يمكن أن يكون مفيدًا في بعض التطبيقات.


شاهد الفيديو: IMPATT diode (ديسمبر 2021).