Was ist eine Varikap-Diode?

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Was ist eine Varactor-Diode?

Varactor-Diode

Eine Varactor-Diode ist eine rückwärts polarisierte p-n-Schicht-Diode, deren Kapazität elektrisch variiert werden kann. Diese Dioden sind auch als Varicaps, Tuningdioden, Spannungsgesteuerte Kondensatordioden, Parametrische Dioden und Variablen-Kondensatordioden bekannt.

Die Funktionsweise der p-n-Schicht hängt von der Art der Anwendungs-Polarisierung ab, entweder Vor- oder Rückwärts. Bei Vorwärts-Polarisierung nimmt die Breite der Sperrschicht mit zunehmender Spannung ab.

Andererseits nimmt bei Rückwärts-Polarisierung die Breite der Sperrschicht mit zunehmender angelegter Spannung zu.

Bei Rückwärts-Polarisierung verhält sich die p-n-Schicht wie ein Kondensator. Die p- und n-Schichten fungieren als Platten des Kondensators, während die Sperrschicht als dielektrisches Material zwischen ihnen dient.

Daher kann die Formel zur Berechnung der Kapazität eines Plattenkondensators auch auf die Varactor-Diode angewendet werden.

Die Kapazität einer Varactor-Diode kann mathematisch ausgedrückt werden als:

Wobei,

Cj die Gesamtkapazität der Schicht ist.

ε die Permittivität des Halbleitermaterials ist.

A die Querschnittsfläche der Schicht ist.

d die Breite der Sperrschicht ist.

Darüber hinaus wird das Verhältnis zwischen der Kapazität und der Rückwärts-Spannung durch folgende Gleichung gegeben:

Wobei,

Cj die Kapazität der Varactor-Diode ist.

C die Kapazität der Varactor-Diode ohne Vorspannung ist.

K eine Konstante ist, die oft als 1 betrachtet wird.

Vb das Barrierepotential ist.

VR die angelegte Rückwärts-Spannung ist.

m ist die materialabhängige Konstante.

Zusätzlich zeigt Abbildung 2 das elektrische Schaltbild und das Symbol einer Varactor-Diode.

Dies deutet darauf hin, dass die maximale Arbeitsfrequenz des Schaltkreises von dem Reihenwiderstand (Rs) und der Diodenkondensität abhängt, was mathematisch durch die folgende Gleichung gegeben ist:

Zusätzlich wird der Gütefaktor der Varactor-Diode durch die folgende Gleichung gegeben:

Wobei F und f die Absturzfrequenz und die Arbeitsfrequenz darstellen, jeweils.

Infolgedessen kann man schließen, dass die Kapazität der Varactor-Diode durch die Änderung der Stärke der Rückwärts-Spannung variiert werden kann, da sie die Breite der Sperrschicht, d, verändert. Auch ist aus der Kapazitäts-Gleichung ersichtlich, dass d umgekehrt proportional zu C ist. Dies bedeutet, dass die Schichtkapazität der Varactor-Diode mit zunehmender Breite der Sperrschicht, die durch eine Erhöhung der Rückwärts-Spannung (VR) verursacht wird, abnimmt, wie in Abbildung 3 dargestellt. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass obwohl alle Dioden diese Eigenschaft aufweisen, Varactor-Dioden speziell hergestellt werden, um dieses Ziel zu erreichen. Mit anderen Worten, Varactor-Dioden werden mit dem Ziel hergestellt, eine bestimmte C-V-Kurve zu erhalten, was durch die Kontrolle des Dotierungsgrades während des Herstellungsprozesses erreicht werden kann. Je nachdem, ob die p-n-Schicht linear oder nicht-linear dotiert ist, können Varactor-Dioden in zwei Typen unterteilt werden, nämlich abrupte Varactor-Dioden und hyper-abrupte Varactor-Dioden.