Како делују Варацтор (Варицап) диоде

Варакторска диода, такође названа варицап, ВВЦ (напонски променљива капацитивност или подешавајућа диода) је врста полупроводничке диоде која има променљиву зависну од напона капацитивност на свом п-н споју када је уређај обрнуто пристран.

Обрнута пристрасност у основи значи када је диода подвргнута супротном напону, што значи позитиван напон на катоди, а негативан на аноди.

Начин рада варакторске диоде зависи од постојећег капацитета преко п-н споја диоде док је у обрнутом пристрасном режиму.

У овом стању налазимо регион непокривених набоја који се успоставља преко п-н страна споја, што заједно резултира регионом исцрпљености преко чвора.

Овај регион исцрпљивања успоставља ширина исцрпљивања у уређају, симболизован као Вд.

Прелаз у капацитивности услед горе објашњених изолованих непокривених наелектрисања преко п-н споја може се одредити помоћу формуле:

ЦТ = е. А / Вд

где е је пермитивност полупроводничких материјала, ДО је п-н подручје споја и В д је ширина исцрпљивања.

Како то ради

Основни рад варицапа или варактор диоде може се разумети са следећим објашњењем:

Када се примени варактор или варицап диода са растућим потенцијалом обрнутог пристрасности, долази до повећања ширине исцрпљивања уређаја, што заузврат доводи до смањења његове прелазне капацитивности.

Следећа слика приказује типичне карактеристике одзива варактор диоде.

Можемо видети нагли почетни пад ЦТ као одговор на повећање потенцијала обрнуте пристрасности. Обично је опсег примењеног напона обрнутог преднапона ВР за капацитивну диоду променљивог напона ограничен на 20 В.

С обзиром на примењени напон обрнутог пристраности, прелазни капацитет се може апроксимирати помоћу формуле:

ЦТ = К / (ВТ + ВР) ^н

У овој формули, К је константа одређена врстом полупроводничког материјала који се користи и његовим конструкцијским распоредом.

ВТ је потенцијал колена , како је описано у наставку:

ВР је количина потенцијала обрнутог пристрасности примењеног на уређају.

н може имати вредност 1/2 за варицап диоде које користе легурни спој и 1/3 за диоде које користе дифузне спојеве.

У одсуству одступања напона или код одступања нултог напона, капацитет Ц (0) као функција ВР може се изразити кроз следећу формулу.

ЦТ (ВР) = Ц (0) / (1 + | ВР / ВТ |) ^н

Варицап еквивалентни круг

Стандардни симболи (б) и еквивалентно приближно коло (а) варицап диоде представљени су на следећој слици:

Слика са десне стране даје приближни симулациони круг за варикап диоду.

Будући да је диода и налази се у реверзном пристрасном подручју, отпор у еквивалентном кругу РР приказан је значајно великим (око 1М Охма), док је вредност геометријског отпора Рс прилично мала. Вредност ЦТ може да варира између 2 и 100 пФ у зависности од врсте варикапа који се користи.

Да бисмо били сигурни да је вредност РР довољно велика, тако да струја цурења може бити минимална, силиконски материјал се обично бира за варицап диоду.

Будући да би се варицап диода требала посебно користити у апликацијама изузетно високих фреквенција, индуктивитет ЛС се не може занемарити иако у нанохенијама може изгледати мало.

Ефекат ове индуктивности малог изгледа може бити прилично значајан и може се доказати кроз следеће прорачун реактанције .

КСЛ = 2πфЛ, Замислимо, фреквенција од 10 ГХз, а ЛС = 1 нХ, генерисаће у КСЛС = 2πфЛ = (6,28) (10¹⁰Хз) (10^-9Ф) = 62,8 Ома. Ово изгледа превелико и нема сумње да су због тога варицап диоде одређене са строгим ограничењем фреквенције.

Ако претпоставимо да је опсег фреквенција прикладан, а вредности РС, КСЛС ниске у поређењу са осталим серијским елементима, горе наведено еквивалентно коло може се једноставно заменити променљивим кондензатором.

Разумевање листа података варицап-а или варакторске диоде

Комплетни технички лист типичне варикап диоде може се проучити на следећој слици:

Однос Ц3 / Ц25 на горњој слици показује однос нивоа капацитивности када се диода наноси са обрнутим потенцијалом пристрасности између 3 и 25 В. Однос нам помаже да добијемо брзу референцу у вези са нивоом промене у капацитивност у односу на примењени потенцијал обрнутог пристрасности.

Тхе Фактор доброте К пружа опсег разматрања за примену уређаја за апликацију, а такође је и стопа односа енергије која се складишти у капацитивном уређају по циклусу и енергије која се губи или расипа по циклусу.

Будући да се губитак енергије углавном сматра негативним атрибутом, што је већа релативна вредност односа, то је боље.

Следећи аспект у техничком листу је резонантна фреквенција варикап диоде. А ово се одређује формулом:

фо = 1 / 2π√ЛЦ

Овај фактор одређује опсег примене варицап диоде.

Капацитет температура Коефицијент

Позивајући се на горњи графикон, коефицијент температуре капацитивности варицап диоде може се проценити помоћу следеће формуле:

где ΔЦ означава варијације у капацитивности уређаја услед промене температуре представљене са (Т1 - Т0), за одређени потенцијал обрнутог пристрасности.

На пример, у горњем техничком листу приказује Ц0 = 29 пФ са ВР = 3 В и Т0 = 25 степени Целзијуса.

Користећи горње податке можемо проценити промену капацитивности варицап диоде, једноставно заменом нових вредности Т1 и ТЦЦ са графикона (0,013). Имајући нови ВР, може се очекивати да ће се ТЦЦ вредност променити у складу с тим. Позивајући се на табелу података, открили смо да ће максимална постигнута фреквенција бити 600 МХз.

Користећи ову вредност фреквенције, реактанција КСЛ варикапа може се израчунати као:

КСЛ = 2πфЛ = (6,28) (600 к 10¹⁰Хз) (2,5 к 10^-9Ф) = 9,42 ома

Резултат је величина која је релативно мала и прихватљиво је занемарити је.

Примена Варицап диоде

Неколико подручја за примену високофреквентних варактора или варицап диоде одређених спецификацијама ниског капацитета су прилагодљиви пропусни филтри, уређаји за аутоматску фреквенцијску контролу, параметарска појачала и ФМ модулатори.

Пример доле приказује варицап диоду имплементирану у круг за подешавање.

Коло се састоји од комбинације кругова резервоара Л-Ц, чија је резонантна фреквенција одређена:

фп = 1 / 2π√ЛЦ'Т (систем са високим К) који има ниво Ц'Т = ЦТ + Цц, успостављен примењеним потенцијалом ВДД обрнутог пристрасности.

Кондензатор спојнице ЦЦ обезбеђује потребну заштиту од тенденције кратког споја Л2 примењеног напона одступања.

Наредне фреквенције подешеног кола се накнадно дозвољавају да се пребаце на појачавач импедансе са високим улазом за даље појачање.