Τι είναι ένα διάδρομο varactor;

Encyclopedia

Πεδίο: Εγκυκλοπαίδεια

China

Τι είναι ένα διόδο varactor;

Διόδος Varactor

Η διόδος varactor ορίζεται ως μια αντίστροφη πολικοποιημένη διόδος p-n junction, της οποίας η ικανότητα (capacitance) μπορεί να παραμετροποιηθεί ηλεκτρικά. Αυτές οι διόδοι είναι επίσης γνωστές ως varicaps, tuning diodes, voltage variable capacitor diodes, parametric diodes και variable capacitor diodes.

Η λειτουργία της σύνδεσης p-n εξαρτάται από τον τύπο πολικοποίησης που εφαρμόζεται, είτε θετική (forward) είτε αντίστροφη (reverse). Σε θετική πολικοποίηση, η πλάτος της περιοχής αφαίρεσης (depletion region) μειώνεται καθώς αυξάνεται η τάση.

Από την άλλη, η πλάτος της περιοχής αφαίρεσης αυξάνεται με την αύξηση της εφαρμοσμένης τάσης στην περίπτωση της αντίστροφης πολικοποίησης.

Σε αντίστροφη πολικοποίηση, η σύνδεση p-n συμπεριφέρεται όπως ένα συνδετήρα. Οι επίπεδοι p και n λειτουργούν ως οι πλάκες του συνδετήρα, ενώ η περιοχή αφαίρεσης λειτουργεί ως το διελκτικό υλικό που τις χωρίζει.

Επομένως, η τύπος υπολογισμού της ικανότητας (capacitance) ενός παράλληλου συνδετήρα μπορεί επίσης να εφαρμοστεί στη διόδο varactor.

Η ικανότητα (capacitance) της διόδου varactor μπορεί να εκφραστεί μαθηματικά ως:

Όπου,

Cj είναι η συνολική ικανότητα (capacitance) της σύνδεσης.

ε είναι η επιτροπικότητα (permittivity) του υλικού συνδετήρα.

A είναι η ένταση της τομής της σύνδεσης.

d είναι η πλάτος της περιοχής αφαίρεσης.

Επιπλέον, η σχέση μεταξύ της ικανότητας (capacitance) και της αντίστροφης πολικοποίησης (reverse bias voltage) δίνεται ως

Όπου,

Cj είναι η ικανότητα (capacitance) της διόδου varactor.

C είναι η ικανότητα (capacitance) της διόδου varactor όταν δεν είναι πολικοποιημένη.

K είναι ένα σταθερό, συχνά θεωρείται 1.

Vb είναι η δυναμική του φραγμού.

VR είναι η εφαρμοσμένη αντίστροφη τάση.

m είναι μια σταθερά που εξαρτάται από το υλικό.

Επιπλέον, η ηλεκτρική κυκλωματική εξίσωση της διόδου varactor και το σύμβολό της είναι δείχνεται στο Σχήμα 2.

Αυτό δείχνει ότι η μέγιστη λειτουργική συχνότητα του κυκλώματος εξαρτάται από τη σειριακή αντίσταση (Rs) και την ικανότητα (capacitance) της διόδου, η οποία μπορεί να δοθεί μαθηματικά ως

Επιπλέον, ο παράγοντας ποιότητας (quality factor) της διόδου varactor δίνεται από την εξίσωση

Όπου, F και f αντιπροσωπεύουν την συχνότητα κόψης και την λειτουργική συχνότητα, αντίστοιχα.

Ως αποτέλεσμα, μπορεί κανείς να συμπεράνει ότι η ικανότητα (capacitance) της διόδου varactor μπορεί να παραμετροποιηθεί με την παραμετροποίηση της μέγεθος της αντίστροφης πολικοποίησης (reverse bias voltage), καθώς αυτή αλλάζει την πλάτος της περιοχής αφαίρεσης, d. Επίσης, είναι εμφανές από την εξίσωση της ικανότητας ότι d είναι αντίστροφα ανάλογο με C. Αυτό σημαίνει ότι η ικανότητα (capacitance) της σύνδεσης της διόδου varactor μειώνεται με την αύξηση της πλάτος της περιοχής αφαίρεσης, που προκαλείται από την αύξηση της αντίστροφης πολικοποίησης (VR), όπως δείχνει το γράφημα στο Σχήμα 3. Παράλληλα, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι, αν και όλες οι διόδοι εκφράζουν την ίδια ιδιότητα, οι διόδοι varactor κατασκευάζονται ειδικά για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος. Με άλλα λόγια, οι διόδοι varactor κατασκευάζονται με την πρόθεση να επιτευχθεί ένα συγκεκριμένο C-V διάγραμμα, το οποίο μπορεί να επιτευχθεί με τον έλεγχο του επιπέδου δοπαντικής κατά τη διάρκεια της κατασκευής. Σε αυτή τη βάση, οι διόδοι varactor μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο τύπους, δηλαδή, abrupt varactor diodes και hyper-abrupt varactor diodes, ανάλογα με το αν η διόδος p-n junction είναι γραμμικά ή μη-γραμμικά δοπαντική (αντίστοιχα).