دیود بار (Baritt Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود بار (Baritt Diode) :
دیود بار (Baritt Diode) که مخفف "BARrier Injection Transit-Time" است، یک دیود نیمه هادی مایکروویو است که برای تولید نوسانات در فرکانس های پایین مایکروویو (معمولا ۱-۱۰ گیگاهرتز) طراحی شده است. این دیود مانند IMPATT بر اساس زمان عبور (Transit Time) حامل ها کار می کند، اما برخلاف آن، از شکست بهمنی (Avalanche Breakdown) استفاده نمی کند، بلکه از تزریق حامل ها از طریق یک سد (Barrier) استفاده می کند. به همین دلیل، نویز فاز (Phase Noise) بسیار کمتری نسبت به IMPATT دارد.
ساختار دیود بار معمولا از نوع Metal-Semiconductor-Metal (MSM) یا P+ N P+ است. در ساختار MSM، دو تماس شاتکی (Schottky Contacts) در دو طرف یک لایه نیمه هادی با دوپینگ سبک قرار می گیرند. در ساختار P+ N P+، دو ناحیه P+ در دو طرف یک لایه N با دوپینگ سبک قرار دارند. در هر دو ساختار، یک سد پتانسیل (Barrier) در محل تزریق حامل ها وجود دارد.
مکانیزم کار دیود بار به این صورت است: با اعمال ولتاژ بایاس، حامل ها (حفره ها در ساختار P+ N P+ یا الکترون ها در MSM) از طریق سد (Barrier) به ناحیه ذاتی (Drift Region) تزریق می شوند. این حامل ها با سرعت اشباع (Saturation Velocity) به سمت الکترود دیگر حرکت می کنند. زمان عبور (Transit Time) این حامل ها باعث ایجاد یک تاخیر فاز بین ولتاژ و جریان می شود که منجر به مقاومت منفی (Negative Resistance) در فرکانس های خاص می گردد.
مزیت اصلی دیود بار نسبت به IMPATT، نویز فاز (Phase Noise) بسیار پایین تر آن است. زیرا در فرآیند تزریق، برخلاف فرآیند بهمن، نوسانات تصادفی (Random Fluctuations) کمتری وجود دارد. این ویژگی دیود بار را برای کاربردهایی که نیاز به خلوص طیفی (Spectral Purity) بالا دارند، مناسب می سازد.
معایب دیود بار شامل توان خروجی کمتر نسبت به IMPATT (معمولا چند میلی وات تا چند ده میلی وات) و بازده پایین تر (معمولا ۱-۲٪) است. همچنین فرکانس کاری آن محدودتر است (معمولا زیر ۱۰ گیگاهرتز). با این حال، برای کاربردهایی که نویز پایین اهمیت دارد، دیود بار گزینه مناسبی است.
پارامترهای مهم دیود بار عبارتند از: فرکانس کاری (معمولا ۱-۱۰ گیگاهرتز)، توان خروجی (چند میلی وات تا چند ده میلی وات)، نویز فاز (بسیار پایین)، و ولتاژ کاری (معمولا چند ده ولت). دیود بار معمولا در بسته بندی های سرامیکی یا فلزی-سرامیکی برای کاربردهای مایکروویو عرضه می شود.
کاربرد اصلی دیود بار در نوسان سازهای محلی (Local Oscillators) با نویز پایین برای گیرنده های مایکروویو، به ویژه در سیستم های مخابراتی و راداری با حساسیت بالا است. همچنین در تجهیزات اندازه گیری دقیق فرکانس و طیف سنج های مایکروویو کاربرد دارد. دیود بار می تواند به عنوان یک جایگزین کم نویز برای دیود گان در فرکانس های پایین تر عمل کند.
سری معروف دیودهای بار (Baritt Diodes) عمدتا توسط تولیدکنندگانی مانند Hewlett-Packard (اکنون Avago/Broadcom) در دهه ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ تولید می شدند. امروزه، دیودهای بار تا حد زیادی توسط نوسان سازهای مبتنی بر ترانزیستور (مانند VCOهای با ترانزیستورهای BJT یا HEMT) جایگزین شده اند که نویز پایین و توان بالاتری دارند.
یکی از چالش های دیود بار، تطبیق امپدانس با مدار خارجی است. امپدانس مقاومت منفی دیود بار معمولا بسیار کم است (چند اهم) و باید با یک مدار تطبیق به ۵۰ اهم تبدیل شود. این کار با استفاده از خطوط انتقال و عناصر توزیع شده (Distributed Elements) در فرکانس های بالا انجام می شود.
دمای کاری بر عملکرد دیود بار تأثیر می گذارد. با افزایش دما، سرعت اشباع حامل ها تغییر کرده و فرکانس نوسان جابجا می شود. بنابراین، در کاربردهای دقیق، ممکن است نیاز به تثبیت دمایی (Temperature Stabilization) باشد. همچنین توان خروجی با دما کاهش می یابد.
در نهایت، دیود بار یک قطعه تاریخی مهم در توسعه نوسان سازهای مایکروویو کم نویز است. اگرچه امروزه کمتر به صورت تجاری استفاده می شود، اما اصول فیزیکی آن همچنان در طراحی نوسان سازهای مدرن (مانند نوسان سازهای مبتنی بر RTD) مورد استفاده قرار می گیرد. دیود بار نشان داد که می توان با استفاده از زمان عبور حامل ها و بدون شکست بهمنی، مقاومت منفی با نویز پایین ایجاد کرد.
