Варикап-диод:Полное руководство для энтузиастов электроники

Электронные схемы обычно состоят из резисторов, конденсаторов, трансформаторов, диодов, транзисторов и т. д. Теперь мы представим специальный тип диода. Варикапные диоды находят полезное применение в электронной промышленности, обеспечивая регулируемую по напряжению емкость. Кроме того, они контролируют уровни напряжения в контуре фазовой автоподстройки частоты.

Их можно интегрировать во все типы схем настройки и частотных ВЧ-цепей. Итак, давайте посмотрим! Понимание его назначения и рабочего процесса может показаться запутанным. Поэтому мы составили это руководство, чтобы помочь вам получить больше знаний по этому конкретному вопросу.

(Изображение, показывающее варикапный диод. Источник:Wikimedia Commons)

1. Что такое варикап-диод?

Варьируемый (переменной емкости) диод — это уникальный полупроводник, также известный как варактор или подстроечный диод. Он обеспечивает возможность использования емкости в зависимости от напряжения на p-n переходе устройства при обратном смещении.

2. Тип и применение варикапа

Ниже мы обсудим различные типы варикапов. Мы также изучили некоторые приложения компонента.

Типы

Очень резкий

Сверхрезкие варакторные диоды обеспечивают более высокую емкость для изменения напряжения. Он также работает с низким напряжением.

Внезапно

Наиболее распространенный тип, резкие варакторные диоды, состоит из постоянной концентрации легирующей примеси. В этом случае его стык подвергается легированию, контролируемому в процессе изготовления. Кроме того, емкость остается обратно пропорционально получаемому напряжению.

Приложение

Радиочастотные фильтры:

Настоящие варикапы также могут обеспечивать возможности настройки фильтра. Соответственно, это включает в себя внедрение приемников слежения во входных цепях, что позволяет им отслеживать входящие сигналы. Затем контролируемое напряжение регулирует эту функцию через цифро-аналоговый преобразователь.

Генераторы, управляемые напряжением (VCO):

Различные ВЧ-конфигурации включают генераторы, управляемые напряжением, с варакторным диодом, что является особенно важным компонентом. Основная работа осцилляторов, в частности, включает в себя фазированные замкнутые контуры. По этой причине они обеспечивают приложения для синтезаторов частоты или FM-демодуляторов.

(Синтезаторы содержат ГУН, в котором используется варикап)

Частотные и фазовые модуляторы также используют варикапы. Частотные модуляторы обычно интегрируют их через электрический резонанс в генераторе, позволяя диоду принимать звук. В результате емкость будет выравниваться со звуком. Это вызывает движение частотного сигнала вверх и вниз в соответствии с изменениями емкости в данных обстоятельствах.

В фазовых модуляторах варикап включен в фазовращательную цепь, по которой протекает частотный сигнал. Диод принимает звук, в результате чего фаза синхронизируется с вариациями звука.

3. Принцип работы варикапа диода

Схема варикапного диода:

(Изображение, показывающее варикап в цепи. Источник:Wikimedia Commons)

Символ цепи переменного диода:

Глядя на схематическое обозначение переменного диода ниже, вы увидите, что он имеет такие же характеристики, как и диод с PN-переходом. Это потому, что варикап имеет анодную и катодную клеммы. Вы найдете диод, расположенный на одном конце символа. Между тем, противоположный конец содержит две параллельные линии, символизирующие проводящие пластины конденсатора. Наконец, пространство между этими двумя пластинами представляет собой изолирующий диэлектрик.

(Обозначение цепи переменного диода. Источник:Wikimedia Commons)

Формула:

На емкость варикапа влияют три параметра. Они включают поперечное сечение PN-перехода (A), полупроводника (Ɛ) и ширину обедненной области (d). Например, вы найдете это в приведенной ниже формуле:

Принцип работы:

Нам нужно будет взглянуть на конденсатор, чтобы понять принцип работы варикапа. Конденсаторы обычно содержат две проводящие металлические пластины с изолирующим диэлектриком, расположенным между ними. Области P-типа и N-типа варикапа служат проводящими пластинами, а обедненная область представляет собой диэлектрик. Из-за того, что конструкция и конструкция аналогичны конденсатору, диод создает емкость.

(Варикап-диод имеет те же характеристики, что и конденсатор)

Емкость увеличивается, если диэлектрическая проницаемость увеличивается или обе пластины имеют более короткое расстояние между ними. Однако большее расстояние между ними или уменьшение диэлектрической проницаемости приводит к уменьшению емкости. В то же время емкость варакторного диода пропорциональна площади поперечного сечения перехода. И это обратно пропорционально ширине области истощения. Таким образом, изменения емкости происходят из-за регулировки ширины обедненной области.

Следовательно, варикап в обратном смещении вызовет изменения области обеднения. Во-первых, область будет расширяться по мере увеличения обратного смещения. По сути, пространство между N-типом и P-типом увеличивается, что снижает емкость. Уменьшение обратного смещения приведет к сужению области истощения. В результате расстояние между областями N-типа и P-типа будет сокращаться, увеличивая емкость. Таким образом, приложение различного напряжения обратного смещения к варикапу изменяет емкость.

(Изображение, демонстрирующее эффекты увеличения и уменьшения емкости. Источник:Wikimedia Commons)

Основная операция:

Варикапный диод накапливает электрический заряд. В этом случае эти компоненты обычно работают при обратном смещении. Применение обратного напряжения смещения приведет к тому, что электроны n-области и дырки p-области отделятся от перехода устройства.

4. Эквивалентная схема диода варикапа

Варикапный диод обычно содержит несколько основных компонентов, которые могут помочь при разработке эквивалентной схемы диода.

Различные случайные элементы включают:

• Rs (В):служит последовательным сопротивлением диода. Оно зависит от полученного напряжения.
• CJ (V):Используемый здесь аспект демонстрирует переменную емкость перехода. Он также служит основным элементом диода.
• LP:Соединение проводов в варикапе приводит к увеличению последовательной емкости.
• CP:Паразитная емкость. Соединительные провода в диоде вызовут увеличение паразитной емкости вокруг его соединения.

5. Температурный коэффициент конденсатора

Вы можете рассчитать температурный коэффициент емкости варикапа по следующей формуле:

Значение ΔC представляет собой изменение емкости устройства из-за изменений температуры (T1 – T0) во время обратного смещения. Например, мы рассмотрим значение, при котором C₀ соответствует 29 пФ при VR 3 В и T₀ на 25. Затем мы вычисляем изменение емкости варикапа. При значении VR TC_C будет меняться. В результате максимальная частота устанавливается на 600 МГц. Затем вы можете рассчитать реактивное сопротивление варикапа по формуле:

Заключение

Как мы уже знаем, варикапы служат полезным компонентом электронных и радиочастотных цепей. Кроме того, это устройство обладает теми же характеристиками, что и конденсатор, демонстрируя, как оно увеличивает или уменьшает емкость за счет изменения напряжения обратного смещения. Мы также рассмотрели некоторые из его приложений, включая ВЧ-фильтры, ГУН и модуляторы частоты и фазы. Как правило, сегодня существуют два типа варакторных диодов:резкий и сверхрезкий. Каждый служит своей уникальной цели для емкости.

У вас есть вопросы по поводу варикапа? Свяжитесь с нами!