Hvad er en Varactor Diode?

Hvad er en Varactor Diode?

Varactor Diode

En varactor diode er defineret som en reverse-biased p-n junction diode, hvis kapacitans kan variere elektrisk. Disse dioder er også kendt som varicaps, tuning diodes, voltage variable capacitor diodes, parametric diodes og variable capacitor diodes.

Funktionsmåden for p-n junctionen afhænger af den type bias, der anvendes, enten forward eller reverse. I forward bias formindskes breddeafstanden i depletion regionen, når spændingen stiger.

På den anden side ses breddeafstanden i depletion regionen at øges med en stigning i den anvendte spænding for reverse bias scenariet.

I reverse bias opfører p-n junctionen sig som en kapacitor. p- og n-lagene fungerer som kapacitoren's plader, og depletion regionen tager rollen som dielektrikum, der adskiller dem.

Derfor kan formlen til beregning af kapacitansen for en parallel plate kapacitor også anvendes på varactor dioden.

Kapacitansen for en varactor diode kan udtrykkes matematisk som:

Hvor,

Cj er den totale kapacitans for junctionen.

ε er permitiviteten for halvledermaterialet.

A er tværsnitsarealet for junctionen.

d er bredden af depletion regionen.

Desuden er forholdet mellem kapacitansen og den reverse bias spænding givet ved

Hvor,

Cj er kapacitansen for varactor dioden.

C er kapacitansen for varactor dioden, når den ikke er biased.

K er en konstant, ofte betragtet som 1.

Vb er barrier potentiellen.

VR er den anvendte reverse spænding.

m er en materialafhængig konstant.

Yderligere viser det elektriske kredsløbs ækvivalent for en varactor diode og dens symbol, som vist i figur 2.

Dette indikerer, at den maksimale driftsfrekvens for kredsløbet afhænger af serieresistancen (Rs) og diodens kapacitans, hvilket matematisk kan givet som

Yderligere er kvalitetsfaktoren for varactor dioden givet ved ligningen

Hvor, F og f repræsenterer cut-off frekvensen og driftsfrekvensen, henholdsvis.

Som resultat kan man konkludere, at kapacitansen for en varactor diode kan variere ved at variere størrelsen på den reverse bias spænding, da dette varierer bredden af depletion regionen, d. Det er også tydeligt fra kapacitansligningen, at d er omvendt proportional med C. Dette betyder, at junction kapacitansen for varactor dioden falder med en stigning i depletion regionens bredde, som følge af en stigning i den reverse bias spænding (VR), som vist af grafen i figur 3. Samtidig er det vigtigt at bemærke, at selvom alle dioder viser lignende egenskaber, er varactor dioder specielt fremstillet for at opnå dette mål. Med andre ord er varactor dioder fremstillet med hensyn til at opnå en bestemt C-V kurve, hvilket kan opnås ved at kontrollere dopningsniveauet under fremstillingsprocessen. Afhængigt heraf kan varactor dioder inddeles i to typer, nemlig abrupt varactor dioder og hyper-abrupt varactor dioder, afhængigt af, om p-n junction dioden er lineært eller ikke-lineært dopet (henholdsvis).

Anvendelser

• AFC kredsløb

• Justering af bridge kredsløb

• Justerbare bandpass filtre

• Voltage Controlled Oscillators (VCOs)

• RF faseforskydere

• Frekvensmultiplikatorer