Как работят диодите на Varactor (Varicap)

Как работят диодите на Varactor (Varicap)

Варакторният диод, наричан още варикап, VVC (капацитет с променливо напрежение или настройващ диод) е вид полупроводников диод, който има променлив зависим от напрежението капацитет на своя p-n преход, когато устройството е обърнато пристрастно.



Обратното отклонение всъщност означава, когато диодът е подложен на противоположно напрежение, което означава положително напрежение на катода и отрицателно на анода.

варикап или варакторен диод символ на варикап варакторен диод

Начинът, по който функционира варакторният диод, зависи от съществуващия капацитет над p-n кръстовището на диода, докато е в режим на обърнато пристрастие.



В това състояние намираме област на непокрити заряди, установени през p-n страните на кръстовището, което заедно води до изчерпване на областта през кръстовището.

Този регион на изчерпване установява ширина на изчерпване в устройството, символизирано като Wd.



Преходът в капацитета поради обяснените по-горе изолирани непокрити заряди през p-n кръстовището може да се определи по формулата:

CT = д. A / Wd

където д е диелектричната проницаемост на полупроводниковите материали, ДА СЕ е п-н зона на кръстовището и W д е ширината на изчерпване.

Как работи

Основната работа на варикап или варакторен диод може да се разбере със следното обяснение:

Когато се прилага варактор или варикап диод с нарастващ потенциал на обратното отклонение, това води до увеличаване на ширината на изчерпване на устройството, което от своя страна води до намаляване на неговия преходен капацитет.

Следващото изображение показва типичните характеристики на характеристиките на варакторния диод.

характеристики на варикап диод

Можем да видим рязкото първоначално спадане на CT в отговор на нарастващия потенциал на обратното пристрастие. Обикновено обхватът на приложеното напрежение на обратното отклонение VR за диод с капацитет с променливо напрежение е ограничен до 20 V.

По отношение на приложеното напрежение на обратното отклонение, преходният капацитет може да бъде апроксимиран с помощта на формулата:

CT = K / (VT + VR) н

В тази формула K е константа, определена от вида на използвания полупроводников материал и неговото конструктивно оформление.

VT е потенциал на коляното , както е описано по-долу:

VR е размерът на потенциала на обратното пристрастие, приложен върху устройството.

н може да има стойност 1/2 за диоди с варикап, използващи сплавни съединения, и 1/3 за диоди, използващи дифузни съединения.

При липса на отклоняващо напрежение или при отклонение от нулево напрежение, капацитетът C (0) като функция на VR може да бъде изразен чрез следната формула.

CT (VR) = C (0) / (1 + | VR / VT |) н

Еквивалентна схема на варикап

Стандартните символи (b) и еквивалентна приблизителна схема (a) на варикап диод са представени на следното изображение:

Фигурата от дясната страна осигурява приблизителна симулационна схема за варикап диод.

Като диод и в обратната пристрастна област, съпротивлението в еквивалентната схема RR е показано значително голямо (около 1M ома), докато стойността на геометричното съпротивление Rs е доста малка. Стойността на CT може да варира между 2 и 100 pF в зависимост от вида на използвания варикап.

За да се уверим, че стойността RR е достатъчно голяма, за да може токът на утечка да бъде минимален, обикновено се избира силициев материал за варикап диод.

Тъй като се предполага, че варикап диод се използва специално в приложения с изключително висока честота, индуктивността LS не може да бъде пренебрегната, въпреки че може да изглежда малка, в нанохериите.

Ефектът от тази малко изглеждаща индуктивност може да бъде доста значителен и може да бъде доказан чрез следното изчисляване на реактивно съпротивление .

XL = 2πfL, Нека си представим, че честотата трябва да бъде на 10 GHz и LS = 1 nH, ще генерира в XLS = 2πfL = (6.28) (1010Hz) (10-9F) = 62,8 ома. Това изглежда твърде голямо и несъмнено това е причината, поради която варикап диодите са определени със строго ограничение на честотата.

Ако приемем, че честотният обхват е подходящ и стойностите на RS, XLS са ниски в сравнение с другите серийни елементи, горепосочената еквивалентна схема може просто да бъде заменена с променлив кондензатор.

Разбиране на лист с данни за варикап или варакторен диод

Пълният лист с данни за типичен диод с варикап може да бъде проучен от следната фигура:

Съотношението C3 / C25 на горната фигура показва съотношението на нивото на капацитета, когато диодът се прилага с обратен потенциал на отклонение между 3 до 25 V. Съотношението ни помага да получим бърза справка относно нивото на промяна в капацитет по отношение на приложения потенциал на обратното пристрастие.

The фигура на заслугите Q предоставя обхвата на обмисляне за прилагане на устройството за приложение, а също така е скорост на съотношението на енергията, съхранявана от капацитивното устройство за цикъл, към загубената или разсеяна енергия за цикъл.

Тъй като загубата на енергия се счита предимно като отрицателен признак, колкото по-висока е относителната стойност на съотношението, толкова по-добре.

Друг аспект в листа с данни е резонансната честота на варикап диод. И това се определя по формулата:

fo = 1 / 2π√LC

Този фактор определя обхвата на приложение на варикап диода.

Капацитет Температурен коефициент

Позовавайки се на горната графика, капацитетен температурен коефициент на варикап диод може да бъде оценен по следната формула:

където ΔC означава вариациите в капацитета на устройството поради промяна в температурата, представена от (T1 - T0), за специфичен потенциал на обратното отклонение.

Например в горния лист с данни той показва C0 = 29 pF с VR = 3 V и T0 = 25 градуса по Целзий.

Използвайки горните данни, можем да оценим промяната в капацитета на варикап диода, просто като заменим новите стойности на температурата T1 и TCC от графиката (0.013). С новия VR може да се очаква стойността на TCC да варира съответно. Позовавайки се на листа с данни, откриваме, че достигнатата максимална честота ще бъде 600 MHz.

Използвайки тази честотна стойност, реактивността XL на варикапа може да бъде изчислена като:

XL = 2πfL = (6,28) (600 x 1010Hz) (2,5 x 10-9F) = 9,42 ома

Резултатът е величина, която е сравнително малка и е приемливо да се пренебрегне.

Приложение на диод Varicap

Малко от областите на високочестотно приложение на варактор или варикап диод, определени от спецификациите с нисък капацитет, са регулируеми лентови филтри, устройства за автоматично регулиране на честотата, параметрични усилватели и FM модулатори.

Примерът по-долу показва варикап диод, реализиран в схема за настройка.

Веригата се състои от комбинация от L-C резервоарни вериги, чиято резонансна честота се определя от:

fp = 1 / 2π√LC'T (система с висок Q) с ниво на C'T = CT + Cc, установено от приложения VDD потенциал за обратно пристрастие.

Свързващият кондензатор CC осигурява необходимата защита срещу тенденцията на късо съединение на L2 приложеното напрежение на отклонение.

Предвидените честоти на настроената верига впоследствие се оставят да се преместят към усилвателя с висок входен импеданс за по-нататъшно усилване.




Предишна: Електронна сензорна органна верига Напред: Схеми за SCR приложения