Varactor-Diode

Varactor-Diode ist eine in Sperrichtung vorgespannte pn-Diode, derenKapazität kann elektrisch variiert werden. Folglich werden diese Dioden auch als Varicaps, Abstimmdioden, spannungsvariable Kondensatordioden, parametrische Dioden und variable Kondensatordioden bezeichnet. Es ist bekannt, dass der Betrieb des p-n-Übergangs von der angelegten Vorspannung abhängt, deren Charakteristik entweder vorwärts oder rückwärts sein kann. Es ist auch zu beobachten, dass die Spanne des Verarmungsbereichs im p-n-Übergang mit zunehmender Spannung im Fall der Durchlassvorspannung abnimmt. Andererseits nimmt die Breite des Verarmungsbereichs mit zunehmender angelegter Spannung für das umgekehrte Vorspannungsszenario zu.

Unter solchen Bedingungen kann der p-n-Übergang seinals analog zu einem Kondensator (Fig. 1) betrachtet, bei dem die p- und n-Schicht die beiden Platten des Kondensators darstellen, während der Verarmungsbereich als ein Dielektrikum wirkt, das sie trennt.

Somit kann man die Formel anwenden, die verwendet wird, um die Kapazität eines Parallelplattenkondensators selbst auf den zu berechnen Varaktordiode.

Daher ist der mathematische Ausdruck für die Kapazität der Varaktordiode durch gegeben

Woher,
C_j ist die Gesamtkapazität der Verbindung.
ist die Permittivität des Halbleitermaterials.
A ist die Querschnittsfläche der Verbindung.
d ist die Breite des Verarmungsbereichs.

Ferner ist die Beziehung zwischen der Kapazität und der Sperrspannung als gegeben

Woher,
C_j ist die Kapazität der Varaktordiode.
C ist die Kapazität der Varaktordiode, wenn sie ungeradzahlig ist.
K ist die Konstante, oft als 1 betrachtet.
V_b ist das Barrierepotenzial.
V_R ist die angelegte Gegenspannung.
m ist die materialabhängige Konstante.

Darüber hinaus entspricht die elektrische Schaltung einem Varaktordiode und sein Symbol sind in Abbildung 2 dargestellt. Dies zeigt an, dass die maximale Betriebsfrequenz der Schaltung vom Serienwiderstand abhängt (R_s) und die Diodenkapazität, die mathematisch als angegeben werden kann

Zusätzlich ist der Qualitätsfaktor der Varaktordiode durch die Gleichung gegeben

Dabei stehen F und f für die Grenzfrequenz bzw. für die Betriebsfrequenz.

Daraus kann man schließen, dass dieDie Kapazität der Varaktordiode kann durch Variieren der Größe der umgekehrten Vorspannung variiert werden, wenn die Breite des Verarmungsbereichs variiert, d. Aus der Kapazitätsgleichung ist auch ersichtlich, dass d umgekehrt proportional zu C ist. Dies bedeutet, dass die Sperrschichtkapazität der Varaktordiode nimmt mit einer Zunahme der Breite des Verarmungsbereichs ab, die aufgrund einer Zunahme der Sperrvorspannung (V_R), wie in der Grafik in Abbildung 3 dargestellt. Inzwischen ist es wichtig anzumerken, dass, obwohl alle Dioden eine ähnliche Eigenschaft aufweisen, Varaktordioden speziell hergestellt werden, um das Ziel zu erreichen. Mit anderen Worten, Varaktordioden werden mit der Absicht hergestellt, eine bestimmte C-V-Kurve zu erhalten, die durch Steuern des Dotierungsniveaus während des Herstellungsprozesses erreicht werden kann. Abhängig davon können Varaktordioden in zwei Typen klassifiziert werden, nämlich abrupte Varaktordioden und hyperabrupte Varaktordioden, abhängig davon, ob die Diode mit p-n-Übergang linear bzw. nicht linear dotiert ist.

Diese Varaktordioden sind vorteilhaft, da sie kompakt, wirtschaftlich, zuverlässig und rauschanfälliger sind als andere Dioden. Daher werden sie in verwendet

1. Abstimmkreise zum Ersetzen der alten variablen Kondensatoreinstellung von UKW-Radio
2. Kleine Fernsteuerkreise
3. Tankkreise des Empfängers oder Senders zur automatischen Abstimmung wie bei einem Fernsehgerät
4. Signalmodulation und Demodulation.
5. Mikrowellenfrequenzvervielfacher als Bestandteil eines LC-Schwingkreises
6. Mikrowellenparametrische Verstärker mit sehr geringem Rauschen
7. AFC-Schaltungen
8. Brückenschaltung einstellen
9. Einstellbare Bandpassfilter
10. Spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCOs)
11. RF-Phasenschieber
12. Frequenzmultiplikatoren