Kako djeluju Varactor (Varicap) diode

Isprobajte Naš Instrument Za Uklanjanje Problema





Varaktorska dioda, koja se naziva i varicap, VVC (naponski promjenjiva kapacitivnost ili podešavajuća dioda, vrsta je poluvodičke diode koja ima promjenljivi naponski ovisni kapacitet na svom p-n spoju kada je uređaj obrnuto pristran.

Obrnuta pristranost u osnovi znači kada je dioda podvrgnuta suprotnom naponu, što znači pozitivan napon na katodi, a negativni na anodi.



varicap ili varaktor dioda simbol varicap varaktorske diode

Način rada varaktorske diode ovisi o postojećem kapacitetu preko p-n spoja diode dok je u obrnutom pristranom načinu.

U ovom stanju nalazimo područje nepokrivenih naboja koji se uspostavljaju preko p-n strana spoja, što zajedno rezultira iscrpljivanjem područja preko spoja.



Ova regija iscrpljivanja uspostavlja širina iscrpljenja u uređaju, simboliziran kao Wd.

Prijelaz u kapacitivnosti zbog gore objašnjenih izoliranih nepokrivenih naboja preko p-n spoja može se odrediti pomoću formule:

CT = e. A / Wd

gdje e je permitivnost poluvodičkih materijala, DO je p-n područje spoja i W d je širina osiromašenja.

Kako radi

Osnovni rad varicapa ili varaktor diode može se razumjeti sa sljedećim objašnjenjem:

Kada se primijeni varaktor ili varicap dioda s porastom potencijala obrnutog prednapona, rezultira povećanjem širine iscrpljivanja uređaja, što zauzvrat dovodi do smanjenja njegove prijelazne kapacitivnosti.

Sljedeća slika prikazuje tipične karakteristike odziva varaktorske diode.

karakteristike varikap diode

Možemo vidjeti nagli početni pad CT-a kao odgovor na povećanje potencijala obrnute pristranosti. Obično je raspon primijenjenog napona obrnutog prednapona VR za diodu kapacitivnosti s promjenjivim naponom ograničen na 20 V.

S obzirom na primijenjeni napon obrnutog prednapona, prijelazni se kapacitet može aproksimirati pomoću formule:

CT = K / (VT + VR) n

U ovoj je formuli K konstanta određena vrstom upotrijebljenog poluvodičkog materijala i njegovim konstrukcijskim rasporedom.

VT je potencijal koljena , kako je opisano u nastavku:

VR je količina potencijala obrnutog pristranosti primijenjenog na uređaju.

n može imati vrijednost 1/2 za varicap diode koje koriste spoj od legure i 1/3 za diode koje koriste difuzne spojeve.

U nedostatku napona odstupanja ili pri odstupanju nultog napona, kapacitet C (0) kao funkcija VR može se izraziti kroz sljedeću formulu.

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

Varicap ekvivalentni krug

Standardni simboli (b) i ekvivalentni približni krug (a) varicap diode predstavljeni su na sljedećoj slici:

Slika s desne strane prikazuje približni simulacijski krug za varicap diodu.

Budući da je dioda i nalazi se u obrnuto pristranom području, otpor u ekvivalentnom krugu RR prikazan je značajno velikim (oko 1M Ohma), dok je vrijednost geometrijskog otpora Rs prilično mala. Vrijednost CT-a može varirati između 2 i 100 pF, ovisno o vrsti korištenog varikapa.

Kako bismo bili sigurni da je vrijednost RR dovoljno velika, tako da struja propuštanja može biti minimalna, za varikap diodu obično se bira silicijski materijal.

Budući da bi se varicap dioda trebala posebno koristiti u ekstremno visokim frekvencijama, induktivitet LS ne može se zanemariti iako u nanohenijama može izgledati malo.

Učinak ove induktivnosti malog izgleda može biti prilično značajan i može se dokazati kroz sljedeće izračun reaktancije .

XL = 2πfL, Zamislimo, frekvencija od 10 GHz i LS = 1 nH generirat će u XLS = 2πfL = (6,28) (1010Hz) (10-9F) = 62,8 Ohma. Ovo izgleda preveliko i nema sumnje da su zato varicap diode određene sa strogim ograničenjem frekvencije.

Ako pretpostavimo da je frekvencijski opseg prikladan, a vrijednosti RS, XLS niske u usporedbi s ostalim serijskim elementima, gore navedeni ekvivalentni krug mogao bi se jednostavno zamijeniti promjenjivim kondenzatorom.

Razumijevanje podatkovne tablice varicap ili varaktor diode

Cjelokupni podatkovni list tipične varicap diode može se proučiti na sljedećoj slici:

Omjer C3 / C25 na gornjoj slici pokazuje omjer razine kapacitivnosti kada se dioda primijeni s obrnutim potencijalom pristranosti između 3 i 25 V. Omjer nam pomaže da dobijemo brzu referencu u vezi s razinom promjene u kapacitivnost s obzirom na primijenjeni potencijal obrnutog pristranosti.

The lik zasluga Q pruža opseg razmatranja za primjenu uređaja za aplikaciju, a to je i stopa omjera energije pohranjene u kapacitivnom uređaju po ciklusu i energije koja se gubi ili rasipa po ciklusu.

Budući da se gubitak energije uglavnom smatra negativnim svojstvom, što je veća relativna vrijednost omjera, to bolje.

Sljedeći aspekt u tehničkom listu je rezonantna frekvencija varicap diode. A to se određuje formulom:

fo = 1 / 2π√LC

Ovaj faktor određuje opseg primjene varicap diode.

Kapacitet temperaturni koeficijent

Pozivajući se na gornji grafikon, koeficijent temperature kapacitivnosti varicap diode može se procijeniti pomoću sljedeće formule:

gdje ΔC označava varijacije u kapacitivnosti uređaja zbog promjene temperature predstavljene s (T1 - T0), za određeni potencijal obrnutog prednapona.

Na primjer, u gornjem tehničkom listu prikazuje C0 = 29 pF s VR = 3 V i T0 = 25 Celzijevih stupnjeva.

Koristeći gornje podatke možemo procijeniti promjenu kapacitivnosti varikap diode, jednostavnom zamjenom novih vrijednosti T1 i TCC s grafikona (0,013). Nakon novog VR-a, može se očekivati ​​da će se TCC vrijednost mijenjati u skladu s tim. Vraćajući se na tablicu podataka, otkrivamo da će maksimalna postignuta frekvencija biti 600 MHz.

Koristeći ovu vrijednost frekvencije, reaktancija XL varikapa može se izračunati kao:

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

Rezultat je veličina koja je relativno mala i prihvatljivo je zanemariti je.

Primjena Varicap diode

Nekoliko područja visoke frekvencije primjene varaktora ili varicap diode određenih specifikacijama niskog kapaciteta su prilagodljivi pojasni filtri, uređaji za automatsko upravljanje frekvencijom, parametarska pojačala i FM modulatori.

Primjer u nastavku prikazuje varicap diodu implementiranu u krug za podešavanje.

Krug se sastoji od kombinacije krugova spremnika L-C, čija je rezonantna frekvencija određena:

fp = 1 / 2π√LC'T (visoko-Q sustav) koji ima razinu C'T = CT + Cc, uspostavljen primijenjenim potencijalom VDD obrnutog pristranosti.

Spojni kondenzator CC osigurava potrebnu zaštitu od tendencije kratkog spoja L2 primijenjenog napona odstupanja.

Namjeravane frekvencije podešenog kruga smiju se nakon toga premjestiti na pojačalo impedancije s visokim ulazom za daljnje pojačanje.




Prethodno: Elektronički dodirni organski krug Dalje: Sklopovi SCR aplikacija