دیود TRAPATT (انگلیسی : TRAPATT Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود TRAPATT (انگلیسی : TRAPATT Diode) :
دیود TRAPATT (TRAPATT Diode) که مخفف "TRAppped Plasma Avalanche Triggered Transit" است، یک نوع دیود نیمه هادی قدرتمند برای تولید نوسانات مایکروویو با توان بسیار بالا و بازده خوب است. این دیودها نسخه پیشرفته تری از دیودهای IMPATT هستند و می توانند بازده بسیار بالاتری (تا ۶۰٪) داشته باشند، اما در فرکانس های پایین تر (معمولا زیر ۱۰ گیگاهرتز) کار می کنند.
ساختار دیود TRAPATT شبیه IMPATT است، اما با بهینه سازی برای کار در مد خاصی از نوسان. در این مد، یک پالس ولتاژ با دامنه بسیار بالا (چند برابر ولتاژ شکست) به دیود اعمال می شود که باعث ایجاد یک پلاسما (Plasma) از الکترون ها و حفره ها در ناحیه فعال می شود. این پلاسما سپس با سرعت معینی تخلیه می شود و نوسان ایجاد می کند.
مکانیزم کار TRAPATT به این صورت است: با اعمال یک پالس ولتاژ با دامنه بالا، یک موج ضربه ای (Shock Wave) درون دیود منتشر می شود. این موج باعث یونیزاسیون شدید و ایجاد یک پلاسما (ناحیه ای با چگالی حامل بالا) می شود. پس از عبور موج، پلاسما تخلیه می شود و این تخلیه باعث ایجاد یک پالس جریان می شود. فرکانس نوسان با زمان عبور موج و تخلیه پلاسما تعیین می شود.
مزیت اصلی دیود TRAPATT نسبت به IMPATT، بازده بسیار بالاتر آن (تا ۶۰٪ در مقابل ۲۰٪ برای IMPATT) و توان خروجی بالاتر است. این بازده بالا باعث کاهش نیاز به خنک کاری و افزایش کارایی سیستم می شود. همچنین دیود TRAPATT می تواند توان های پالسی (Pulsed Power) بسیار بالایی تولید کند.
معایب دیود TRAPATT شامل فرکانس کاری پایین تر (معمولا زیر ۱۰ گیگاهرتز)، نویز نسبتا بالا، و نیاز به مدارات تحریک (Driving Circuits) پیچیده تر است. همچنین این دیودها به ولتاژهای بسیار بالایی نیاز دارند (چند صد ولت تا چند کیلوولت).
پارامترهای مهم دیود TRAPATT عبارتند از: فرکانس کاری (معمولا ۱-۱۰ گیگاهرتز)، توان خروجی پالسی (از چند وات تا چند کیلووات)، بازده (۳۰-۶۰٪)، و ولتاژ کاری بالا. این دیودها معمولا در حالت پالسی (Pulsed Mode) کار می کنند، زیرا توان متوسط (Average Power) آنها به دلیل حرارت بالا محدود است.
کاربرد اصلی دیود TRAPATT در فرستنده های راداری با توان بالا (High-Power Radar Transmitters) است. رادارها به پالس های توان بالا با فرکانس تکرار معین نیاز دارند و دیود TRAPATT می تواند این نیاز را برآورده کند. همچنین در سیستم های اخلالگر (Jammer) الکترونیکی و برخی کاربردهای گرمایش مایکروویو استفاده می شود.
ساخت دیود TRAPATT پیچیده تر از IMPATT است و نیاز به کنترل دقیق پروفایل ناخالصی و ساختار دارد. مواد سازنده معمولا سیلیکون (Silicon) برای فرکانس های پایین تر و گالیوم آرسناید (GaAs) برای فرکانس های بالاتر است. دیودهای TRAPATT معمولا در بسته بندی های خاص با قابلیت تحمل ولتاژ و جریان بالا عرضه می شوند.
یکی از چالش های دیود TRAPATT، مدیریت حرارتی در توان های بالا است. گرمای تولید شده در پالس ها بسیار زیاد است و باید به سرعت دفع شود تا دیود آسیب نبیند. بنابراین، دیودهای TRAPATT معمولا بر روی هیت سینک های با کارایی بالا (مانند الماس یا برلیم اکسید) نصب می شوند.
در مقایسه با مگنترون ها (Magnetrons) که لامپ های خلأ قدرتمندی هستند، دیود TRAPATT ابعاد کوچک تر، وزن کمتر، و ولتاژ کاری پایین تری دارد، اما توان خروجی مگنترون ها معمولا بسیار بالاتر است. دیود TRAPATT یک رقیب حالت جامد برای مگنترون ها در توان های متوسط محسوب می شود.
در نهایت، دیود TRAPATT یک قطعه تخصصی برای کاربردهای توان بالا در فرکانس های مایکروویو است. با وجود پیشرفت در ترانزیستورهای قدرتی (مانند GaN HEMT) که توان های بالا را در فرکانس های مایکروویو ارائه می دهند، کاربرد دیودهای TRAPATT محدودتر شده است. با این حال، در برخی کاربردهای خاص که نیاز به توان های پالسی بسیار بالا با بازده خوب است، TRAPATT همچنان یک گزینه مطرح است.
