چه چیزی دیود واراکتور است

چه هست دیود واراکتور؟

دیود واراکتور

دیود واراکتور به عنوان یک دیود پی‌ان جونکشن با بایاس معکوس تعریف می‌شود که ظرفیت آن می‌تواند به صورت الکتریکی متغیر باشد. این دیودها نیز با نام‌های دیگری مانند واریکپ، دیود تنظیم‌کننده، دیود ظرفیت متغیر بر اساس ولتاژ، دیود پارامتریک و دیود ظرفیت متغیر شناخته می‌شوند.

عملکرد جونکشن پی‌ان به نوع بایاس اعمال شده (بایاس مستقیم یا معکوس) بستگی دارد. در حالت بایاس مستقیم، با افزایش ولتاژ، عرض منطقه خالی کاهش می‌یابد.

از طرف دیگر، در حالت بایاس معکوس، با افزایش ولتاژ اعمال شده، عرض منطقه خالی افزایش می‌یابد.

در حالت بایاس معکوس، جونکشن پی‌ان مانند یک خازنه عمل می‌کند. لایه‌های پی و ان مانند صفحات خازنه عمل می‌کنند و منطقه خالی به عنوان دی‌الکتریک بین آن‌ها عمل می‌کند.

بنابراین، فرمول محاسبه ظرفیت یک خازنه صفحه‌ای موازی نیز می‌تواند به دیود واراکتور اعمال شود.

ظرفیت یک دیود واراکتور را می‌توان به صورت ریاضی به صورت زیر بیان کرد:

که در آن،

Cj ظرفیت کل جونکشن است.

ε ثابت دی‌الکتریک مواد نیمه‌رسانا است.

A سطح مقطعی جونکشن است.

d عرض منطقه خالی است.

همچنین، رابطه بین ظرفیت و ولتاژ بایاس معکوس به صورت زیر است

که در آن،

Cj ظرفیت دیود واراکتور است.

C ظرفیت دیود واراکتور بدون بایاس است.

K ثابت است که معمولاً ۱ در نظر گرفته می‌شود.

Vb پتانسیل مانع است.

VR ولتاژ معکوس اعمال شده است.

m ثابت وابسته به ماده است.

علاوه بر این، مدار معادل الکتریکی دیود واراکتور و نماد آن در شکل ۲ نشان داده شده است.

این نشان می‌دهد که فرکانس عملیاتی حداکثر مدار به مقاومت سری (Rs) و ظرفیت دیود بستگی دارد که می‌تواند به صورت ریاضی به صورت زیر بیان شود

علاوه بر این، ضریب کیفیت دیود واراکتور توسط معادله زیر تعیین می‌شود

که در آن F و f به ترتیب فرکانس قطع و فرکانس عملیاتی را نشان می‌دهند.

بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که ظرفیت دیود واراکتور می‌تواند با تغییر مقدار ولتاژ بایاس معکوس تغییر کند چرا که این ولتاژ عرض منطقه خالی d را تغییر می‌دهد. همچنین از معادله ظرفیت مشخص است که d با C نسبت عکس دارد. این بدان معناست که ظرفیت جونکشن دیود واراکتور با افزایش عرض منطقه خالی که به دلیل افزایش ولتاژ بایاس معکوس (VR) اتفاق می‌افتد، کاهش می‌یابد، همان‌طور که در نمودار شکل ۳ نشان داده شده است. در حالی که مهم است که توجه داشته باشیم که تمام دیودها این ویژگی مشابه را دارند، دیودهای واراکتور به طور خاص برای دستیابی به این هدف ساخته می‌شوند. به عبارت دیگر، دیودهای واراکتور با هدف دستیابی به یک منحنی C-V مشخص ساخته می‌شوند که این امر با کنترل سطح دوپینگ در طی فرآیند ساخت انجام می‌شود. بر اساس این، دیودهای واراکتور می‌توانند به دو نوع تقسیم‌بندی شوند: دیودهای واراکتور تیز و دیودهای واراکتور فوق تیز، بسته به اینکه دوپینگ جونکشن پی‌ان خطی یا غیرخطی باشد (به ترتیب).

کاربردها

• مدارهای AFC

• تنظیم مدارهای پل

• فیلترهای عبور باند قابل تنظیم

• اوسیلاتورهای کنترل‌شده ولتاژ (VCOs)

• تغییر‌دهنده‌های فاز RF

• ضربه‌دهنده‌های فرکانس