Варакторный диод, также называемый варикапом, VVC (переменная по напряжению емкость или настроечный диод) - это тип полупроводникового диода, который имеет переменную зависящую от напряжения емкость на p-n-переходе, когда устройство смещено в обратном направлении.

Обратное смещение в основном означает, что диод подвергается действию противоположного напряжения, то есть положительного напряжения на катоде и отрицательного напряжения на аноде.

Принцип работы варакторного диода зависит от существующей емкости на p-n переходе диода, когда он находится в режиме обратного смещения.

В этом состоянии мы обнаруживаем, что область непокрытых зарядов устанавливается на p-n сторонах перехода, что в совокупности приводит к области истощения поперек перехода.

“принципиальная схема переключателя света датчика движения ”

Эта область истощения устанавливает ширина истощения в устройстве, обозначенном как Wd.

Переход емкости из-за описанных выше изолированных непокрытых зарядов через p-n переход можно определить по формуле:

CT = e. A / Wd

куда е - диэлектрическая проницаемость полупроводниковых материалов, К это п-п площадь стыка, а W d - ширина истощения.

Как это устроено

Основы работы варикапа или варакторного диода можно понять следующим образом:

Когда варактор или варикап-диод применяется с возрастающим потенциалом обратного смещения, это приводит к увеличению ширины обеднения устройства, что, в свою очередь, вызывает уменьшение его переходной емкости.

На следующем изображении показаны типичные характеристики отклика варакторного диода.

Мы можем видеть резкое начальное падение CT в ответ на увеличение потенциала обратного смещения. Обычно диапазон приложенного обратного напряжения смещения VR для емкостного диода с регулируемым напряжением ограничивается 20 В.

Что касается приложенного напряжения обратного смещения, переходная емкость может быть приблизительно рассчитана по формуле:

CT = K / (VT + VR) ^п

В этой формуле K - постоянная величина, определяемая типом используемого полупроводникового материала и его конструктивным исполнением.

VT - это коленный потенциал , как описано ниже:

VR - это величина потенциала обратного смещения, приложенного к устройству.

п может иметь значение 1/2 для варикап-диодов, использующих переход из сплава, и 1/3 для диодов, использующих диффузные переходы.

В отсутствие напряжения смещения или при смещении при нулевом напряжении емкость C (0) как функция от VR может быть выражена следующей формулой.

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

Эквивалентная схема варикапа

Стандартные обозначения (б) и эквивалентная примерная схема (а) варикап-диода представлены на следующем рисунке:

На правом рисунке представлена примерная схема моделирования варикап-диода.

Поскольку это диод и в области обратного смещения, сопротивление в эквивалентной схеме RR показано значительно большим (около 1 МОм), в то время как геометрическое значение сопротивления Rs довольно мало. Значение CT может варьироваться от 2 до 100 пФ в зависимости от типа используемого варикапа.

“принципиальная схема датчика холла ”

Чтобы убедиться, что значение RR достаточно велико, чтобы ток утечки был минимальным, кремниевый материал обычно выбирается для варикапового диода.

Поскольку предполагается, что варикап-диод специально используется в приложениях с очень высокими частотами, индуктивность LS нельзя игнорировать, даже если она может выглядеть маленькой, в наногенри.

Влияние такой небольшой на вид индуктивности может быть весьма значительным, и его можно доказать следующим образом. расчет реактивного сопротивления .

XL = 2πfL. Давайте представим, что частота 10 ГГц, а LS = 1 нГн, будет генерироваться в виде XLS = 2πfL = (6.28) (10¹⁰Гц) (10^-9F) = 62,8 Ом. Это выглядит слишком большим, и, несомненно, именно поэтому для варикап-диодов указывается строгий предел частоты.

Если мы предположим, что частотный диапазон является подходящим, а значения RS, XLS низкими по сравнению с другими последовательными элементами, указанная выше эквивалентная схема может быть просто заменена конденсатором переменной емкости.

Технические данные варикапа или варакторного диода

Полный технический паспорт типичного варикап-диода можно изучить на следующем рисунке:

Отношение C3 / C25 на приведенном выше рисунке демонстрирует отношение уровня емкости, когда на диод подается потенциал обратного смещения от 3 до 25 В. Это соотношение помогает нам быстро получить справочную информацию об уровне изменения в диоде. емкость по отношению к приложенному потенциалу обратного смещения.

В фигура заслуг Q обеспечивает диапазон рассмотрения для реализации устройства для приложения, а также является показателем отношения энергии, запасенной емкостным устройством за цикл, к энергии, потерянной или рассеиваемой за цикл.

Поскольку потеря энергии в большинстве случаев считается отрицательным признаком, чем выше относительное значение коэффициента, тем лучше.

Другой аспект в техническом описании - резонансная частота варикап-диода. И определяется это по формуле:

fo = 1 / 2π√LC

Этот фактор определяет диапазон применения варикапового диода.

Температурный коэффициент емкости

Ссылаясь на приведенный выше график, емкостной температурный коэффициент диода варикапа можно рассчитать по следующей формуле:

где ΔC означает изменения емкости устройства из-за изменения температуры, представленной (T1 - T0), для конкретного потенциала обратного смещения.

В приведенной выше таблице данных, например, показано C0 = 29 пФ при VR = 3 В и T0 = 25 градусов Цельсия.

Используя приведенные выше данные, мы можем оценить изменение емкости варикап-диода, просто подставив новое значение температуры T1 и TCC из графика (0,013). С новым VR можно ожидать, что значение TCC изменится соответствующим образом. Возвращаясь к таблице данных, мы обнаруживаем, что максимальная достигнутая частота будет 600 МГц.

Используя это значение частоты, реактивное сопротивление XL варикапа можно рассчитать как:

XL = 2πfL = (6,28) (600 х 10¹⁰Гц) (2,5 x 10^-9F) = 9,42 Ом

Результатом является величина, которая относительно мала, и ее можно игнорировать.

Применение варикап-диода

Некоторые из областей высокочастотного применения варакторов или варикап-диодов, определяемых характеристиками низкой емкости, включают регулируемые полосовые фильтры, устройства автоматической регулировки частоты, параметрические усилители и модуляторы FM.

В приведенном ниже примере показан варикап диод, реализованный в схеме настройки.