อะไรคือไดโอดวาไรก์เตอร์

Varactor Diode คืออะไร?

Varactor Diode

Varactor diode คือไดโอด p-n junction ที่ถูกต่อแบบ reverse-biased ซึ่งความจุไฟฟ้าสามารถปรับเปลี่ยนได้ด้วยไฟฟ้า ไดโอดเหล่านี้ยังเรียกว่า varicaps, tuning diodes, voltage variable capacitor diodes, parametric diodes, และ variable capacitor diodes

การทำงานของ p-n junction ขึ้นอยู่กับประเภทของ bias ที่ใช้ ไม่ว่าจะเป็น forward หรือ reverse ในกรณีที่ต่อแบบ forward bias ความกว้างของบริเวณการขาดแคลนจะลดลงเมื่อแรงดันเพิ่มขึ้น

ในทางกลับกัน ความกว้างของบริเวณการขาดแคลนจะเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันที่ใช้เพิ่มขึ้นในกรณีที่ต่อแบบ reverse bias

ในกรณีที่ต่อแบบ reverse bias p-n junction จะทำงานเหมือนกับตัวเก็บประจุ ชั้น p และ n จะทำหน้าที่เป็นแผ่นของตัวเก็บประจุ และบริเวณการขาดแคลนจะทำหน้าที่เป็น dielectric ที่แยกพวกมันออกจากกัน

ดังนั้น สูตรในการคำนวณความจุของตัวเก็บประจุ parallel plate สามารถนำไปใช้กับ varactor diode ได้เช่นกัน

ความจุของ varactor diode สามารถแสดงได้ด้วยสมการคณิตศาสตร์ดังนี้:

โดยที่,

Cj คือ ความจุรวมของจุดต่อ

ε คือ ความเป็นฉนวนของวัสดุกึ่งตัวนำ

A คือ พื้นที่ภาคตัดขวางของจุดต่อ

d คือ ความกว้างของบริเวณการขาดแคลน

นอกจากนี้ ความสัมพันธ์ระหว่างความจุและความดัน reverse bias สามารถแสดงได้ว่า

โดยที่,

Cj คือ ความจุของ varactor diode

C คือ ความจุของ varactor diode เมื่อไม่มีการต่อแรงดัน

K คือ ค่าคงที่ มักถือว่าเท่ากับ 1

Vb คือ ศักย์ป้องกัน

VR คือ แรงดัน reverse ที่ใช้

m คือ ค่าคงที่ที่ขึ้นอยู่กับวัสดุ

นอกจากนี้วงจรเทียบเท่าทางไฟฟ้าของ varactor diode และสัญลักษณ์ของมันแสดงในรูปที่ 2

นี่แสดงให้เห็นว่าความถี่การทำงานสูงสุดของวงจรขึ้นอยู่กับความต้านทานอนุกรม (Rs) และความจุของไดโอด ซึ่งสามารถแสดงได้ด้วยสมการคณิตศาสตร์

นอกจากนี้ คุณภาพของ varactor diode สามารถแสดงได้ด้วยสมการ

โดยที่ F และ f แทนความถี่ตัดและความถี่การทำงานตามลำดับ

ดังนั้น สามารถสรุปได้ว่า ความจุของ varactor diode สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเปลี่ยนแปลงขนาดของแรงดัน reverse bias เนื่องจากมันเปลี่ยนแปลงความกว้างของบริเวณการขาดแคลน d นอกจากนี้จากสมการความจุ ยังเห็นได้ว่า d ผกผันกับ C นั่นคือ ความจุของจุดต่อของ varactor diode จะลดลงเมื่อความกว้างของบริเวณการขาดแคลนเพิ่มขึ้นเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของแรงดัน reverse (VR) ตามที่แสดงในกราฟในรูปที่ 3 อย่างไรก็ตาม ควรทราบว่าแม้ว่าไดโอดทุกชนิดจะมีคุณสมบัติคล้ายคลึงกัน แต่ varactor diodes ถูกผลิตขึ้นมาเป็นพิเศษเพื่อให้บรรลุเป้าหมาย กล่าวคือ varactor diodes ถูกผลิตขึ้นมาเพื่อให้ได้ C-V curve ที่แน่นอน ซึ่งสามารถทำได้โดยการควบคุมระดับการเจือสารในกระบวนการผลิต โดยขึ้นอยู่กับนี้ varactor diodes สามารถจำแนกออกเป็นสองประเภท คือ abrupt varactor diodes และ hyper-abrupt varactor diodes ขึ้นอยู่กับว่า p-n junction diode ถูกเจือสารแบบเชิงเส้นหรือไม่เชิงเส้น (ตามลำดับ)

การใช้งาน

• วงจร AFC

• การปรับวงจร bridge

• ตัวกรอง bandpass ที่สามารถปรับได้

• Voltage Controlled Oscillators (VCOs)

• RF phase shifters

• Frequency multipliers