O diodo impatt

Profa. Regiane Ragi

IMPact ionization Avalanche Transit-Time diode

Diodo Avalanche de ionização por impacto e de Tempo de Trânsito

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O diodo Impatt, ...

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O diodo Impatt, assim como os diodos Tunel e Gunn ...

Diodo Avalanche de ionização por impacto e de Tempo de Trânsito

O diodo Impatt, assim como os diodos Tunel e Gunn, são dispositivos usados em circuitos de microondas, de altas frequências.

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Eles têm resistência diferencial negativa e são usados como osciladores para gerar sinais de micro-ondas, mas também podem ser usados como amplificadores.

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Uma característica importante deste dispositivo é a sua capacidade de operar em alta potência.

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Todavia, estes diodos também são usados em uma variedade de aplicações de sistemas de radar de baixa potência

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Todavia, estes diodos também são usados em uma variedade de aplicações de sistemas de radar de baixa potência para alarmes de proximidade.

Diodo Avalanche de ionização por impacto e de Tempo de Trânsito

Uma grande desvantagem do uso de diodos IMPATT é o alto nível de ruído de fase que eles geram.

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Uma grande desvantagem do uso de diodos IMPATT é o alto nível de ruído de fase que eles geram.Isto resulta da natureza estatística do processo de avalanche.

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As características de "avalanche" de determinados tipos de junção ...

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As características de "avalanche" de determinados tipos de junção, apresentando uma característica de resistência negativa ...

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As características de "avalanche" de determinados tipos de junção, apresentando uma característica de resistência negativa tornam-nas ideais para a produção de sinais de frequências muito altas,

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As características de "avalanche" de determinados tipos de junção, apresentando uma característica de resistência negativa tornam-nas ideais para a produção de sinais de frequências muito altas, na faixa de micro-ondas,

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As características de "avalanche" de determinados tipos de junção, apresentando uma característica de resistência negativa tornam-nas ideais para a produção de sinais de frequências muito altas, na faixa de micro-ondas, típicas dos diodos Túnel, Gunn e impatt.

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Este componente pode ser usado para produzir sinais na faixa de 3 a 100 GHz

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Este componente pode ser usado para produzir sinais na faixa de 3 a 100 GHz com potências de saída que ficam normalmente entre 0.1 e 1 W, ...

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Este componente pode ser usado para produzir sinais na faixa de 3 a 100 GHz com potências de saída que ficam normalmente entre 0.1 e 1 W, o que é mais do que os valores fornecidos por outros componentes da mesma família.

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A ideia básica do diodo Impatt foi desenvolvida por W. Schockley

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A ideia básica do diodo Impatt foi desenvolvida por W. Schockley nos laboratórios da Bell Telephone no ano de 1954.

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Inicialmente Schockley propôs o uso de uma junção PN no seu dispositivo, ...

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Inicialmente Schockley propôs o uso de uma junção PN no seu dispositivo, mas para se obter um componente prático ...

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Inicialmente Schockley propôs o uso de uma junção PN no seu dispositivo, mas para se obter um componente prático a idéia teve de ser posteriormente aperfeiçoada por W. T. Read em 1958 ...

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Inicialmente Schockley propôs o uso de uma junção PN no seu dispositivo, mas para se obter um componente prático a idéia teve de ser posteriormente aperfeiçoada por W. T. Read em 1958 que passou a usar uma junção completa do tipo P+/N/I/N+.

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No entanto, um dispositivo prático realmente só apareceu pela primeira vez em 1965, e utilizando além da estrutura proposta por Read, diversas outras.

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Estrutura básica do diodo IMPATT

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Especificamente, podemos dizer que se trata de uma junção PN um pouco mais sofisticada...

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Especificamente, podemos dizer que se trata de uma junção PN um pouco mais sofisticada, com regiões intermediárias, que produzem um campo elétrico um

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pouco mais intenso na região N, confinando o fenômeno da avalanche numa região menor do componente.

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A região indicada com a letra I representa um semicondutor intrínseco com uma pequena densidade de portadores de cargas.

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Esta região do componente funciona como um isolante até que portadores de carga vindos de outras regiões sejam injetados.

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A figura acima mostra a forma básica do diodo proposto por Read.

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O funcionamento básico do dispositivo ocorre em duas regiões básicas:

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A primeira é a região de avalanche ou de injeção, onde os portadores de corrente (elétrons ou lacunas) são gerados.

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A segunda é a região onde os portadores de carga levam um certo tempo para atravessar.

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Este tempo é chamado de tempo de trânsito e é uma quantidade fundamental para o funcionamento do dispositivo já que levam o circuito a

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a uma espécie de ressonância gerando o sinal na frequência desejada.

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Na operação normal o diodo IMPATT é polarizado no sentido reverso de tal forma a atingir a tensão de ruptura reversa da junção PN.

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O campo elétrico produzido pelas regiões P e N altamente dopadas é muito forte.

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Isso significa que a tensão aparece numa região bastante estreita

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Isso significa que a tensão aparece numa região bastante estreita o que faz com que os portadores sejam acelerados com muita intensidade.

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Quando estes portadores colidem com a estrutura cristalina do material eles liberam mais portadores de carga que também são acelerados, e que por sua vez

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também colidem com todos da estrutura cristalina, liberando ainda mais portadores num efeito em avalanche.

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O resultado final da aplicação da tensão mínima de ruptura

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O resultado final da aplicação da tensão mínima de ruptura com a liberação de uma certa quantidade de portadores de carga‚

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O resultado final da aplicação da tensão mínima de ruptura com a liberação de uma certa quantidade de portadores de carga‚ é a diminuição da resistência do componente.

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Temos então uma região de resistência negativa...

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Temos então uma região de resistência negativa, que fundamental para que ocorra a oscilação.

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É bom lembrar, que na região de resistência negativa

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É bom lembrar, que na região de resistência negativa um aumento da tensão provoca uma redução da corrente.

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Veja, entretanto que no diodo Impatt este efeito não ocorre com a corrente que polariza o componente diretamente mas sim sobre a tensão alternada que ‚

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gerada pelas diferenças de fase que ocorrem com o movimento dos portadores de carga em ondas dentro do próprio componente.

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Isso significa que, quando um sinal AC è aplicado a este componente os picos de corrente ficam 180 graus defasados dos picos de tensão.

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Esta defasagem é resultante de dois atrasos que ocorrem no componente: • o primeiro decorrente da injeção de cargas e • o outro decorrente do tempo de trânsito.

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Na figura 3 vemos o que ocorre com os sinais no diodo Impatt em vista do que falamos.

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Quando a tensão aumenta a ponto de ocorrer a ruptura inversa da junção a produção de portadores não ocorre imediatamente, mas é retardada.

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Isso ocorre porque essa produção de portadores não depende apenas do campo elétrico presente mas também do número de portadores que já estejam presentes.

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Depois que o campo elétrico passa do valor de pico o número de portadores continua a crescer alcançando um máximo 90 graus depois do pico de tensão de entrada.

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Quando o campo torna-se negativo o processo de geração de portadores para e a corrente começa a cair.

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No entanto, logo após sua criação os portadores de carga começam a atravessar a região N+ estabelecendo assim a corrente externa.

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Veja pelos gráficos que, enquanto a corrente demora um tempo curto para fluir pela região de aceleração a tensão se mantém por mais tempo.

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Veja que esta defasagem faz com que ao se aplicar uma tensão ao componente a corrente fica fora de fase.

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Assim, se a tensão correta for aplicada ao componente ele entra em oscilação podendo gerar sinais de frequências muito altas.

Diodo de Tempo de Trânsito de Avalanche de ionização

FIM