A varaktoros dióda, más néven varicap, VVC (feszültség-változó kapacitás vagy tuningdióda) egy olyan félvezető dióda, amely változó feszültségfüggő kapacitással rendelkezik a p-n csatlakozásán, amikor az eszközt torzítják.
A fordított előfeszítés alapvetően azt jelenti, hogy a dióda ellentétes feszültségnek van kitéve, vagyis pozitív feszültséget jelent a katódnál és negatívat az anódnál.
A varaktoros dióda működési módja a dióda p-n kereszteződésénél meglévő kapacitástól függ, miközben fordított előfeszített módban van.
Ebben az állapotban fedezetlen töltések régióját állapítjuk meg a csomópont p-n oldalán, amelyek együttesen kimerülési régiót eredményeznek a kereszteződésen keresztül.
Ez a kimerülési régió létrehozza a kimerülés szélessége az eszközben, Wd-ként szimbolizálva.
A kapacitás átmenete a fent ismertetett, elszigetelt, fedetlen töltések miatt a p-n kereszteződésen a következő képlettel határozható meg:
CT = e. A / Wd
hol e a félvezető anyagok permittivitása, NAK NEK az a p-n csomópont területe és W d a kimerülés szélessége.
Hogyan működik
A varicap vagy a varactor dióda alapvető működését a következő magyarázattal lehet megérteni:
Ha a varaktort vagy a varicap diódát növekvő fordított előfeszítési potenciállal alkalmazzák, ez az eszköz kimerülési szélességének növekedését eredményezi, ami viszont csökkenti annak átmeneti kapacitását.
Az alábbi kép a varactor dióda jellemző jellemző válaszát mutatja.
Láthatjuk a CT meredek kezdeti csökkenését a megnövekedett fordított torzítási potenciálra reagálva. Normál esetben a változó feszültségű kapacitás dióda alkalmazott VR fordított előfeszítési feszültségének tartománya 20 V-ra korlátozódik.
Az alkalmazott fordított előfeszültségre tekintettel az átmeneti kapacitás a következő képlet segítségével közelíthető meg:
CT = K / (VT + VR) n
Ebben a képletben K egy állandó, amelyet az alkalmazott félvezető anyag típusa és szerkezeti elrendezése határoz meg.
VT az térdpotenciál , az alábbiakban leírtak szerint:
A VR az eszközön alkalmazott fordított torzítási potenciál összege.
n ötvözött csatlakozást használó varicap diódáknál 1/2, diffúz csomópontokat használó diódáknál pedig 1/3 lehet.
Előzetes feszültség hiányában vagy nulla feszültségű előfeszítés esetén a C (0) kapacitás a VR függvényében a következő képlettel fejezhető ki.
CT (VR) = C (0) / (1 + | VR / VT |) n
Varicap egyenértékű áramkör
A varicap dióda standard szimbólumait (b) és egy ekvivalens hozzávetőleges áramkörét (a) a következő kép mutatja:
A jobb oldali ábra hozzávetőleges szimulációs áramkört mutat a varicap diódához.
Dióda és a fordított előfeszített tartományban az egyenértékű RR áramkör ellenállása jelentősen nagy (1 M Ohm körüli), míg az Rs geometriai ellenállás értéke meglehetősen kicsi. A CT értéke 2 és 100 pF között változhat az alkalmazott varicap típusától függően.
Annak érdekében, hogy az RR értéke kellően nagy legyen, hogy a szivárgási áram minimális legyen, a varicap diódához általában szilícium anyagot választanak.
Mivel a varicap diódát állítólag kifejezetten rendkívül magas frekvenciájú alkalmazásokban kell használni, az LS induktivitást nem lehet figyelmen kívül hagyni, annak ellenére, hogy nanohigénekben kicsi lehet.
Ennek a kicsi kinézetű induktivitásnak a hatása meglehetősen jelentős lehet, és a következők segítségével bizonyítható reaktancia számítás .
XL = 2πfL, képzeljük el, hogy a 10 GHz-es frekvencia és az LS = 1 nH frekvencia XLS = 2πfL = (6.28) (10)10.Hz) (10-9F) = 62,8 Ohm. Ez túl nagynak tűnik, és kétségtelen, hogy ezért a varicap diódákat szigorú frekvenciahatárral adják meg.
Ha feltételezzük, hogy a frekvenciatartomány megfelelő, és az RS, XLS értékei alacsonyak a többi soros elemhez képest, akkor a fentiekben megadott egyenértékű áramkört egyszerűen cserélni lehet változtatható kondenzátorral.
A Varicap vagy a Varactor dióda adatlapjának megértése
A tipikus varicap dióda teljes adatlapja a következő ábrán tanulmányozható:
A fenti ábra C3 / C25 aránya a kapacitás szintjének arányát mutatja, amikor a diódát 3 és 25 V közötti fordított előfeszítési potenciállal alkalmazzák. Az arány segít abban, hogy gyorsan tájékozódhassunk a kapacitás az alkalmazott fordított torzítási potenciálhoz képest.
A Merit alakja A Q biztosítja a mérlegelési tartományt az eszköz alkalmazáshoz történő megvalósításához, és ez egyben a kapacitív eszköz által ciklusonként tárolt energia és a ciklusonként elveszett vagy elvezetett energia arányának aránya is.
Mivel az energiaveszteséget többnyire negatív tulajdonságnak tekintik, annál jobb az arány relatív értéke.
Az adatlap másik szempontja a varicap dióda rezonáns frekvenciája. És ezt a képlet határozza meg:
fo = 1 / 2π√LC
Ez a tényező határozza meg a varicap dióda alkalmazási tartományát.
Kapacitás hőmérsékleti együttható
A fenti grafikonra hivatkozva a kapacitás hőmérsékleti együttható a varicap dióda értékét a következő képlet segítségével értékelhetjük:
ahol ΔC az eszköz kapacitásának változásait jelzi a hőmérsékletváltozás következtében (T1 - T0), egy adott fordított torzítási potenciálra.
A fenti adatlapon például C0 = 29 pF VR = 3 V és T0 = 25 Celsius fok mellett.
A fenti adatok felhasználásával kiértékelhetjük a varicap dióda kapacitásának változását, egyszerűen az új T1 érték és a TCC helyettesítésével a grafikonból (0,013). Az új VR használatával várhatóan a TCC értéke ennek megfelelően változik. Visszatérve az adatlapra, azt találjuk, hogy az elért maximális frekvencia 600 MHz lesz.
Ezen frekvenciaérték felhasználásával a varicap XL reaktanciája a következőképpen számítható:
XL = 2πfL = (6,28) (600 x 1010.Hz) (2,5 x 10-9F) = 9,42 ohm
Az eredmény egy viszonylag kicsi nagyságrend, amelyet elfogadhatatlan figyelmen kívül hagyni.
A Varicap dióda alkalmazása
A varaktor vagy a varicap dióda kis kapacitású specifikációk által meghatározott magas frekvenciájú alkalmazási területei közül kevés állítható sávszűrő, automatikus frekvenciavezérlő eszköz, paraméteres erősítő és FM modulátor.
Az alábbi példa egy hangoló áramkörben megvalósított varicap diódát mutat be.
Az áramkör L-C tartály áramkörök kombinációjából áll, amelyek rezonancia frekvenciáját a következők határozzák meg:
fp = 1 / 2π√LC'T (magas Q rendszer), amelynek C'T szintje = CT + Cc, amelyet az alkalmazott fordított torzítási potenciál VDD hoz létre.
A CC kapcsolókondenzátor biztosítja a szükséges védelmet az alkalmazott feszültség feszültségének L2 rövidzárlat-tendenciája ellen.
A hangolt áramkör tervezett frekvenciáit ezután hagyják elmozdulni a nagy bemenetű impedanciaerősítőbe a további erősítés érdekében.
Előző: Elektronikus érintőszerv áramkör Következő: SCR alkalmazások áramkörei
