Diodo IMPATT: Fundamentos, Desarrollo Y Descubrimiento.
Los diodos IMPATT o diodos de ionización IMPact Transit Time es un dispositivo semiconductor de RF usado para producir las señales de radiofrecuencia de las microondas.
La tecnología del diodo IMPATT es capaz de generar señales típicas de unos 3 y 100 GHz o más. Una de las principales ventajas de este diodo de microondas es su capacidad de potencia relativamente alta (a menudo diez vatios y más), que es mucho mayor que muchas otras formas de diodo de microondas.
Aunque el diodo IMPATT no se utiliza tan ampliamente en la actualidad como otras tecnologías han podido proporcionar niveles más altos de rendimiento, no obstante se ajusta a un nicho en el mercado de la generación de señales de microondas, especialmente cuando se necesitan fuentes relativamente rentables.
Desarrollo y descubrimiento
La idea original de la tecnología de los diodos IMPATT ha sido propuesta por William Shockley desde 1954. Desarrolló el concepto para crear una resistencia negativa usando un mecanismo de retraso de tiempo de tránsito. En su propuesta, el método de inyección para los portadores era una unión PN sesgada hacia adelante.
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Shockley publicó su idea en el Bell Systems Technical Journal en 1954 en un artículo titulado: "Resistencia negativa que surge del tiempo de tránsito en los diodos semiconductores".
La idea no se desarrolló más hasta 1958 cuando W.T. Read de los Laboratorios Bell propuso su estructura de diodo P+ N I N+ que luego se llamó el diodo Read. Este diodo utilizaba la multiplicación de avalanchas como mecanismo de inyección. De nuevo se publicó un artículo en el Bell Systems Technical Journal, esta vez en 1958 con el título: "Un diodo propuesto de alta frecuencia y resistencia negativa".
Aunque se había planteado el sistema de alimentación y el diodo, al principio no fue posible realizar el diodo. Hubo que esperar hasta 1965 para que se hicieran los primeros diodos de funcionamiento práctico y se observaran las primeras oscilaciones. El diodo utilizado para esta demostración fue fabricado con silicio y tenía una estructura de P+N.
Después de esto, se demostró el funcionamiento del diodo Read y luego en 1966 se demostró también el funcionamiento del diodo PIN.
Fundamentos del diodo
El diodo IMPATT es un diodo inusual en gran medida porque es un diodo capaz de suministrar señales de radiofrecuencia de alta potencia a frecuencias de microondas empleando una estructura que no difiere mucho de la unión básica del PN. No obstante, se ha desarrollado para permitir que se use un modo de funcionamiento totalmente diferente.
Teoría y funcionamiento: Los diodos de microondas IMPATT se sustentan en un efecto de resistencia negativa provocado por el tiempo de tránsito de los portadores. Cuando ocurre una resistencia negativa, la disminución del voltaje aumenta la corriente y viceversa. Esa resistencia negativa hace que el diodo actúe como un oscilador, generando señales a frecuencias de microondas.
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Funcionamiento del diodo IMPATT
El diodo IMPATT se utiliza generalmente en los generadores de microondas. Para crear una salida, se aplica una fuente de corriente continua al IMPATT que oscila cuando un circuito sintonizado adecuado está en circuito.
La salida del circuito IMPATT es fiable y relativamente alta en comparación con otras formas de diodo de microondas. Sin embargo, también genera altos niveles de ruido de fase como resultado de su funcionamiento, lo que significa que se utiliza en transmisores simples con mayor frecuencia que como oscilador local en receptores donde el rendimiento del ruido de fase es generalmente más importante. El problema del ruido de fase también significa que debe utilizarse en aplicaciones relativamente poco exigentes en las que es poco probable que el rendimiento del ruido de fase sea importante.
El diodo IMPATT requiere un voltaje relativamente alto para su funcionamiento. A menudo puede llegar a 70 voltios o posiblemente más. Junto con el ruido de fase, esto puede limitar las aplicaciones en las que se puede utilizar el diodo. Sin embargo, los diodos IMPATT son una opción particularmente atractiva para los diodos de microondas en muchas áreas.
Aplicaciones del diodo IMPATT
Los diodos IMPATT se utilizan en varias aplicaciones en las que se requiere un medio compacto y rentable de generar energía de microondas. Tienen el inconveniente de que por sí solos son de funcionamiento libre, y también en vista de la forma en que funcionan, generan niveles relativamente altos de ruido de fase. No obstante, hay varias aplicaciones para las que la tecnología de diodos IMPATT es aplicable.
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Hay muchas áreas en las que se puede utilizar el diodo IMPATT, pero con otras alternativas que ahora están disponibles, junto con su alto ruido de fase y el alto voltaje necesario, su uso ha disminuido. No obstante, sigue siendo una forma de diodo que puede ser útil en algunas aplicaciones.
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