Jak działają diody Varactor (Varicap)

Wypróbuj Nasz Instrument Do Eliminowania Problemów





Dioda waraktorowa, zwana również varicap, VVC (pojemność zmienna napięcia lub dioda dostrajająca, to rodzaj diody półprzewodnikowej, która ma zmienną zależną od napięcia pojemność na złączu p-n, gdy urządzenie jest spolaryzowane odwrotnie.

Odwrotne odchylenie zasadniczo oznacza, że ​​dioda jest poddawana działaniu przeciwnego napięcia, co oznacza dodatnie napięcie na katodzie i ujemne napięcie na anodzie.



dioda varicap lub varactor symbol diody varicap varactor

Sposób działania diody waraktorowej zależy od istniejącej pojemności na złączu p-n diody, gdy jest w trybie spolaryzowanym odwróconym.

W tym stanie znajdujemy obszar odkrytych ładunków tworzących się w poprzek p-n stron węzła, co razem skutkuje regionem zubożenia w poprzek złącza.



Ten region zubożenia ustanawia szerokość ubytku w urządzeniu, symbolizowany jako Wd.

Przejście w pojemności z powodu wyżej wyjaśnionych izolowanych nieosłoniętych ładunków w poprzek złącza p-n można określić za pomocą wzoru:

CT = e. A / Wd

gdzie mi jest przenikalnością materiałów półprzewodnikowych, DO jest p-n obszar skrzyżowania i W. re to szerokość zubożenia.

Jak to działa

Podstawowe działanie varicapa lub diody varactor można zrozumieć za pomocą następującego wyjaśnienia:

Zastosowanie diody varactor lub varicap z rosnącym potencjałem odwrotnego polaryzacji powoduje zwiększenie szerokości zubożenia urządzenia, co z kolei powoduje zmniejszenie jego pojemności przejściowej.

Poniższy obraz przedstawia typową charakterystykę odpowiedzi diody varactor.

charakterystyka diody varicap

Widzimy gwałtowny początkowy spadek CT w odpowiedzi na wzrost potencjału odwrotnego odchylenia. Zwykle zakres zastosowanego napięcia polaryzacji odwrotnej VR dla diody o zmiennej pojemności jest ograniczony do 20 V.

Ze względu na zastosowane napięcie polaryzacji odwrotnej pojemność przejściową można przybliżyć za pomocą wzoru:

CT = K / (VT + VR) n

W tym wzorze K jest stałą określoną przez rodzaj zastosowanego materiału półprzewodnikowego i jego układ konstrukcyjny.

VT to potencjał kolana , jak opisane poniżej:

VR to wielkość potencjału odwróconego odchylenia zastosowanego w urządzeniu.

n może mieć wartość 1/2 dla diod varicap wykorzystujących złącze ze stopu i 1/3 dla diod ze złączami rozproszonymi.

W przypadku braku napięcia polaryzującego lub przy zerowym polaryzacji napięcia, pojemność C (0) jako funkcję VR można wyrazić za pomocą następującego wzoru.

CT (VR) = C (0) / (1 + | VR / VT |) n

Obwód równoważny Varicap

Standardowe symbole (b) i równoważny przybliżony obwód (a) diody varicap przedstawiono na poniższym rysunku:

Rysunek po prawej stronie przedstawia przybliżony obwód symulacji dla diody varicap.

Będąc diodą i w obszarze polaryzacji wstecznej, rezystancja w obwodzie zastępczym RR jest znacznie duża (około 1 M Ohm), podczas gdy wartość rezystancji geometrycznej Rs jest dość mała. Wartość CT może wahać się od 2 do 100 pF w zależności od rodzaju zastosowanego żylaka.

Aby upewnić się, że wartość RR jest dostatecznie duża, aby prąd upływu był minimalny, W przypadku diody varicap zwykle wybiera się materiał silikonowy.

Ponieważ dioda varicap ma być specjalnie używana w zastosowaniach o ekstremalnie wysokich częstotliwościach, indukcyjności LS nie można zignorować, mimo że może wyglądać na małą, w nanotechnologiach.

Wpływ tej niewielkiej indukcyjności może być dość znaczący i można go wykazać w następujący sposób obliczenia reaktancji .

XL = 2πfL, wyobraźmy sobie, że częstotliwość przy 10 GHz i LS = 1 nH wygeneruje XLS = 2πfL = (6,28) (1010Hz) (10-9F) = 62,8 oma. Wygląda to na zbyt duże i bez wątpienia dlatego diody varicap mają ściśle określony limit częstotliwości.

Jeśli przyjmiemy, że zakres częstotliwości jest odpowiedni, a wartości RS, XLS są niskie w porównaniu z innymi elementami serii, wskazany powyżej obwód zastępczy można po prostu zastąpić zmiennym kondensatorem.

Zrozumienie arkusza danych Varicap lub Varactor Diode

Pełną kartę danych typowej diody varicap można zapoznać się z poniższym rysunkiem:

Stosunek C3 / C25 na powyższym rysunku pokazuje stosunek poziomu pojemności, gdy dioda jest przyłożona z potencjałem odwrotnego polaryzacji między 3 a 25 V. Współczynnik pomaga nam uzyskać szybką referencję dotyczącą poziomu zmiany pojemność względem zastosowanego potencjału odwrotnego polaryzacji.

Plik postać zasługi Q zapewnia zakres rozważań przy wdrażaniu urządzenia do aplikacji, a także jest współczynnikiem stosunku energii zmagazynowanej przez urządzenie pojemnościowe na cykl do energii traconej lub rozpraszanej na cykl.

Ponieważ utrata energii jest najczęściej uznawana za atrybut negatywny, im wyższa względna wartość współczynnika, tym lepiej.

Innym aspektem w arkuszu danych jest częstotliwość rezonansowa diody varicap. A to określa wzór:

fo = 1 / 2π√LC

Czynnik ten decyduje o zakresie zastosowania diody varicap.

Współczynnik temperaturowy pojemności

Odnosząc się do powyższego wykresu, plik współczynnik temperaturowy pojemności diody varicap można ocenić za pomocą następującego wzoru:

gdzie ΔC oznacza zmiany pojemności urządzenia spowodowane zmianą temperatury reprezentowaną przez (T1 - T0), dla określonego potencjału odwrotnego polaryzacji.

Na przykład w powyższym arkuszu danych pokazuje C0 = 29 pF przy VR = 3 V i T0 = 25 stopni Celsjusza.

Korzystając z powyższych danych możemy ocenić zmianę pojemności diody varicap, zastępując po prostu nową wartość temperatury T1 i TCC z wykresu (0,013). Mając nowy VR, można oczekiwać, że wartość TCC będzie się odpowiednio zmieniać. Wracając do arkusza danych, stwierdzamy, że maksymalna uzyskana częstotliwość będzie wynosić 600 MHz.

Korzystając z tej wartości częstotliwości, reaktancję XL żylaka można obliczyć jako:

XL = 2πfL = (6,28) (600 x 1010Hz)(2.5 x 10-9F) = 9,42 oma

Rezultatem jest wielkość, która jest stosunkowo mała i można ją zignorować.

Zastosowanie diody Varicap

Niewiele z obszarów zastosowania wysokiej częstotliwości diody varactor lub varicap określonych przez specyfikacje małej pojemności to regulowane filtry pasmowe, urządzenia do automatycznej kontroli częstotliwości, wzmacniacze parametryczne i modulatory FM.

Poniższy przykład pokazuje diodę varicap zaimplementowaną w obwodzie strojenia.

Obwód składa się z kombinacji obwodów zbiornika L-C, których częstotliwość rezonansowa jest określona przez:

fp = 1 / 2π√LC'T (system o wysokim Q) o poziomie C'T = CT + Cc, ustalonym przez zastosowany potencjał odwrotnego polaryzacji VDD.

Kondensator sprzęgający CC zapewnia wymaganą ochronę przed zwarciem L2 przyłożonego napięcia polaryzującego.

Zamierzone częstotliwości strojonego obwodu są następnie przenoszone do wzmacniacza o wysokiej impedancji wejściowej w celu dalszego wzmocnienia.




Poprzedni: Elektroniczny obwód dotykowy organów Dalej: Obwody aplikacji SCR