Що таке варакторний діод?

Що таке варакторний діод?

Варакторний діод

Варакторний діод - це зворотно сполучений p-n-перехід, чиє ємність можна змінювати електрично. Ці діоди також відомі як варикапи, налаштовувальні діоди, напругові змінні конденсаторні діоди, параметричні діоди та змінні конденсаторні діоди.

Робота p-n-переходу залежить від типу прикладеної сполучності, прямої або зворотної. При прямій сполучності ширина розрідженого регіону зменшується зі збільшенням напруги.

З іншого боку, ширина розрідженого регіону збільшується зі збільшенням прикладеної напруги у випадку зворотної сполучності.

При зворотній сполучності p-n-перехід поводиться як конденсатор. Площі p і n виступають як пластина конденсатора, а розрідженний регіон служить як диелектрик, що розділяє їх.

Тому формула для обчислення ємності паралельного пластинчатого конденсатора також може бути застосована до варакторного діода.

Ємність варакторного діода можна виразити математично:

Де,

Cj - загальна ємність переходу.

ε - проникність півпровідникового матеріалу.

A - площина перетину переходу.

d - ширина розрідженого регіону.

Крім того, зв'язок між ємністю та зворотною напругою задається як

Де,

Cj - ємність варакторного діода.

C - ємність варакторного діода, коли він несполучений.

K - константа, часто вважається рівною 1.

Vb - потенціал бар'єру.

VR - прикладена зворотна напруга.

m - константа, що залежить від матеріалу.

Додатково, електричний еквівалент варакторного діода та його символ показані на рисунку 2.

Це свідчить про те, що максимальна робоча частота схеми залежить від послідовного опору (Rs) та ємності діода, що може бути математично виражено як

Додатково, коефіцієнт якості варакторного діода визначається рівнянням

Де, F і f представляють граничну частоту та робочу частоту, відповідно.

Отже, можна зробити висновок, що ємність варакторного діода можна змінювати, змінюючи величину зворотної напруги, оскільки це змінює ширину розрідженого регіону, d. Також очевидно з рівняння ємності, що d навпаки пропорційна C. Це означає, що ємність переходу варакторного діода зменшується зі збільшенням ширини розрідженого регіону, спричиненого збільшенням зворотної напруги (VR), як показано на графіку на рисунку 3. Однак важливо зазначити, що хоча всі діоди мають подібну властивість, варакторні діоди спеціально виготовлені для досягнення цієї мети. Іншими словами, варакторні діоди виготовляються з наміром отримати певну C-V криву, яка може бути досягнута контролюванням рівня допантування під час процесу виробництва. В залежності від цього, варакторні діоди можна поділити на два типи: гострі варакторні діоди та надгострі варакторні діоди, в залежності від того, чи лінійно чи нелінійно допантований p-n-перехід (відповідно).

Застосування

• Схеми AFC

• Налаштування містових схем

• Налаштовувані фільтри з пропусканням полоси

• Напруженні змінні генератори (VCOs)

• Фазові зсувачі RF

• Множники частоти