Varactorダイオードとは何か

バリアクターダイオードとは何か

バリアクターダイオード

バリアクターダイオードは、電気的に容量を変化させることができる逆バイアス状態のp-n接合ダイオードとして定義されます。これらのダイオードはまた、バリキャップ、チューニングダイオード、電圧可変容量ダイオード、パラメトリックダイオード、および可変容量ダイオードとも呼ばれます。

p-n接合の動作は、適用されるバイアスの種類（順方向または逆方向）によって異なります。順方向バイアスでは、電圧が増加するにつれてデプルーション領域の幅が減少します。

一方、逆方向バイアスの場合、適用される電圧が増加するとデプルーション領域の幅が増加することが観察されます。

逆方向バイアスでは、p-n接合はコンデンサのように動作します。p層とn層はコンデンサのプレートとして機能し、デプルーション領域はそれらを分離する誘電体として機能します。

したがって、並列板コンデンサの容量を計算する式もバリアクターダイオードに適用することができます。

バリアクターダイオードの容量は数学的に次のように表すことができます：

ここで、

Cjは接合部の総容量です。

εは半導体材料の誘電率です。

Aは接合部の断面積です。

dはデプルーション領域の幅です。

さらに、容量と逆方向バイアス電圧の関係は次のようになります：

ここで、

Cjはバリアクターダイオードの容量です。

Cは無バイアス時のバリアクターダイオードの容量です。

Kは定数で、通常1とされています。

Vbはバリア電位です。

VRは適用された逆方向電圧です。

mは材料依存の定数です。

さらに、バリアクターダイオードの電気回路相当とその記号は図2に示されています。

これは、回路の最大動作周波数が直列抵抗（Rs）とダイオードの容量に依存することを示しています。これは数学的には次のように表されます：

さらに、バリアクターダイオードの品質因数は以下の式で与えられます：

ここで、Fとfはそれぞれカットオフ周波数と動作周波数を表します。

結果として、バリアクターダイオードの容量は逆方向バイアス電圧の大きさを変えることで変化させることができます。これはデプルーション領域の幅dを変えるためです。また、容量の式からdはCに反比例することが明らかです。つまり、バリアクターダイオードの接合容量は、逆方向バイアス電圧（VR）が増加してデプルーション領域の幅が増加することで減少します。これは図3のグラフに示されています。ただし、すべてのダイオードが同様の特性を持つことは重要ですが、バリアクターダイオードはこの目的を達成するために特別に製造されています。つまり、バリアクターダイオードは、製造過程でドーピングレベルを制御することで特定のC-V曲線を得ることを意図して製造されています。これにより、バリアクターダイオードは、p-n接合ダイオードが線形または非線形にドーピングされているかに応じて、急激なバリアクターダイオードと超急激なバリアクターダイオードの2つのタイプに分類することができます。

応用

• AFC回路

• ブリッジ回路の調整

• 可変バンドパスフィルター

• 電圧制御発振器（VCOs）

• RFフェーズシフター

• 周波数乗算器