Hva er en varaktordiod?

Hva er en varaktordiod?

Varaktordiod

En varaktordiod er definert som en reversbelasted p-n junction diod hvis kapasitans kan variere elektrisk. Disse diodene er også kjent som varicaps, justeringsdioder, spenningstilpassede kapasitivdioder, parametriske dioder og variabelkapasitivdioder.

Operasjonen av p-n junction avhenger av type forskyvning som er brukt, enten fremover eller bakover. Ved fremoverforskyvning minker bredde på uttømmelsesområdet når spenningen øker.

På den andre siden ser man at bredden på uttømmelsesområdet øker med økende anvendt spenning i tilfellet med bakoverforskyvning.

Ved bakoverforskyvning oppfører p-n junction seg som en kondensator. P- og n-lagene fungerer som plater til kondensatoren, og uttømmelsesområdet fungerer som dielektrikum som skiller dem.

Derfor kan formelen for å beregne kapasitansen til en parallelleplatkondensator også brukes for varaktordioden.

Kapasitansen til en varaktordiod kan uttrykkes matematisk som:

Der,

Cj er total kapasitans i junctionen.

ε er permitiviteten til halvledermaterialen.

A er tverrsnittsarealet til junctionen.

d er bredden på uttømmelsesområdet.

Videre er forholdet mellom kapasitansen og reversspenningen gitt som

Der,

Cj er kapasitansen til varaktordioden.

C er kapasitansen til varaktordioden når den ikke er forskyvet.

K er en konstant, ofte regnet som 1.

Vb er barrierepotensialet.

VR er den anvendte reversspenningen.

m er en materialavhengig konstant.

I tillegg vises det elektriske kretset equivalent til en varaktordiod og dens symbol i figur 2.

Dette indikerer at den maksimale driftsfrekvensen av kretsen er avhengig av serie motstand (Rs) og diodekapasitansen, som kan matematisk gis som

I tillegg er kvalitetsfaktoren til varaktordioden gitt av ligningen

Der, F og f representerer skjæringsfrekvensen og driftsfrekvensen, henholdsvis.

Som et resultat kan man konkludere med at kapasitansen til en varaktordiod kan varias ved å variere størrelsen på reversspenningen, da denne variasjonen endrer bredden på uttømmelsesområdet, d. Det er også tydelig fra kapasitansligningen at d er omvendt proporsjonal med C. Dette betyr at junctionskapasitansen til varaktordioden minsker med økende uttømmelsesområdebredde forårsaket av økende reversspenning (VR), som vist av grafen i figur 3. Samtidig er det viktig å merke seg at selv om alle dioder viser lignende egenskaper, er varaktordioder spesielt produsert for å oppnå målet. Med andre ord produseres varaktordioder med hensyn til å oppnå en bestemt C-V kurve, noe som kan oppnås ved å kontrollere dopningsnivået under produksjonsprosessen. Avhengig av dette kan varaktordioder deles inn i to typer, nemlig abrupte varaktordioder og hyper-abrupte varaktordioder, avhengig av om p-n junction dioden er lineært eller ikke-lineært dopet (henholdsvis).

Bruksområder

• AFC-kretser

• Justering av brokretser

• Justerbare båndpassfilter

• Spenningsstyrbare oscillatorer (VCOs)

• RF fasforskyvere

• Frekvensmultiplikatorer