Wat is een varactor diode?
Wat is een Varactor Diode?
Varactor Diode
Een varactor diode wordt gedefinieerd als een omgekeerd gepolariseerde p-n-junctiediode waarvan de capaciteit elektrisch kan worden gewijzigd. Deze dioden staan ook bekend als varicaps, afstelbare dioden, spanning-variabele condensatordioden, parametrische dioden en variabele condensatordioden.
De werking van de p-n-junctie hangt af van het type polarisatie dat wordt toegepast, ofwel voorwaarts of achterwaarts. Bij voorwaartse polarisatie neemt de breedte van de uitputtingszone af naarmate de spanning toeneemt.
Aan de andere kant neemt de breedte van de uitputtingszone toe naarmate de aangebrachte spanning toeneemt in het geval van achterwaartse polarisatie.
Bij achterwaartse polarisatie gedraagt de p-n-junctie zich als een condensator. De p- en n-lagen fungeren als de platen van de condensator, en de uitputtingszone dient als de dielectrische scheiding tussen hen.
Daarom kan de formule voor het berekenen van de capaciteit van een parallelplaatcondensator ook worden toegepast op de varactor diode.
De capaciteit van een varactor diode kan wiskundig worden uitgedrukt als:
Waarbij,
Cj de totale capaciteit van de junctie is.
ε de permissiviteit van het halfgeleidermateriaal is.
A de doorsnedeoppervlakte van de junctie is.
d de breedte van de uitputtingszone is.
Verder wordt het verband tussen de capaciteit en de achterwaartse polarisatiespanning gegeven door
Waarbij,
Cj de capaciteit van de varactor diode is.
C de capaciteit van de varactor diode is wanneer deze niet gepolariseerd is.
K de constante is, die vaak als 1 wordt beschouwd.
Vb de barrièrepotentiaal is.
VR de aangebrachte achterwaartse spanning is.
m de materiaalafhankelijke constante is.
Daarnaast wordt het elektrische schakelequivalent van een varactor diode en het symbool ervan weergegeven in figuur 2.
Dit geeft aan dat de maximale werkfrequentie van het circuit afhangt van de reekswerstand (Rs) en de diodecapaciteit, wat wiskundig kan worden gegeven als
Daarnaast wordt de kwaliteitsfactor van de varactor diode gegeven door de vergelijking
Waarbij, F en f respectievelijk de afsnijfrequentie en de werkfrequentie vertegenwoordigen.
Als gevolg hiervan kan men concluderen dat de capaciteit van de varactor diode kan worden gewijzigd door de grootte van de achterwaartse polarisatiespanning te variëren, omdat dit de breedte van de uitputtingszone, d, wijzigt. Ook blijkt uit de capaciteitsvergelijking dat d omgekeerd evenredig is met C. Dit betekent dat de junctioncapaciteit van de varactor diode afneemt naarmate de breedte van de uitputtingszone toeneemt door een toename van de achterwaartse polarisatiespanning (VR), zoals wordt weergegeven in de grafiek in figuur 3. Het is echter belangrijk op te merken dat hoewel alle dioden dezelfde eigenschap vertonen, varactor dioden speciaal worden vervaardigd om dit doel te bereiken. Met andere woorden, varactor dioden worden vervaardigd met het doel een bepaalde C-V-kromme te verkrijgen, wat kan worden bereikt door het dopingsniveau tijdens het fabricageproces te controleren. Afhankelijk hiervan kunnen varactor dioden worden ingedeeld in twee types, namelijk abrupte varactor dioden en hyper-abrupte varactor dioden, afhankelijk van of de p-n-junctiediode lineair of niet-lineair wordt gedopeerd (respectievelijk).
Toepassingen
AFC-schakelingen
Afstelbare brugschakelingen
Aanpasbare banddoorlaatfilters
Spanningsgecontroleerde oscillators (VCO's)
RF-faseverschuivers
Frequentievermenigvuldigers
