Δίοδος Varactor

Δίοδος Varactor είναι μια αντίστροφη προκατειλημμένη δίοδος διακλάδωσης p-n, της οποίαςη χωρητικότητα μπορεί να μεταβάλλεται ηλεκτρικά. Ως αποτέλεσμα, αυτές οι δίοδοι αναφέρονται επίσης ως varicaps, δίοδοι συντονισμού, δίοδοι μεταβλητού πυκνωτή τάσης, παραμετρικές δίοδοι και μεταβλητές δίοδοι πυκνωτών. Είναι γνωστό ότι η λειτουργία της σύνδεσης ρ-η εξαρτάται από την εφαρμοζόμενη μεροληψία η οποία μπορεί να είναι προς τα εμπρός ή προς τα πίσω ως προς το χαρακτηριστικό. Παρατηρείται επίσης ότι η έκταση της περιοχής εξάντλησης στη σύνδεση p-n μειώνεται καθώς αυξάνεται η τάση σε περίπτωση πρόωρης μεροληψίας. Από την άλλη πλευρά, το πλάτος της περιοχής εξάντλησης φαίνεται να αυξάνεται με αύξηση της εφαρμοζόμενης τάσης για το σενάριο αντίστροφης προκατάληψης.

Υπό αυτές τις συνθήκες, η σύνδεση p-n μπορεί να είναιπου θεωρείται ότι είναι ανάλογη με έναν πυκνωτή (Σχήμα 1) όπου τα στρώματα ρ και η παριστάνουν τις δύο πλάκες του πυκνωτή ενώ η περιοχή εξάντλησης δρα ως διηλεκτρικό διαχωριστικό τους.

Έτσι μπορεί κανείς να εφαρμόσει τον τύπο που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της χωρητικότητας ενός συμπυκνωτή πλάκας παράλληλα με το diode varactor.

Ως εκ τούτου, η μαθηματική έκφραση για την χωρητικότητα της δίοδος varactor δίνεται από

Οπου,
ντο_j είναι η συνολική χωρητικότητα της διασταύρωσης.
ε είναι η διαπερατότητα του υλικού ημιαγωγού.
Το Α είναι η εγκάρσια διατομή της διασταύρωσης.
d είναι το πλάτος της περιοχής εξάντλησης.

Περαιτέρω η σχέση μεταξύ της χωρητικότητας και της τάσης αντίστροφης πόλωσης δίνεται ως

Οπου,
ντο_j είναι η χωρητικότητα της δίοδος varactor.
C είναι η χωρητικότητα της δίοδος varactor όταν είναι αμερόληπτη.
K είναι η σταθερά, που συχνά θεωρείται ότι είναι 1.
V_σι είναι το δυναμικό φραγμού.
V_R είναι η εφαρμοζόμενη αντίστροφη τάση.
m είναι η σταθερά εξαρτώμενη από το υλικό.

Επιπλέον, το ηλεκτρικό κύκλωμα ισοδυναμεί με α diode varactor και το σύμβολό του φαίνεται στο Σχήμα 2. Αυτό υποδεικνύει ότι η μέγιστη συχνότητα λειτουργίας του κυκλώματος εξαρτάται από την αντίσταση της σειράς (R_μικρό) και τη χωρητικότητα διόδου, η οποία μπορεί να δοθεί μαθηματικά ως

Επιπλέον, ο συντελεστής ποιότητας της δίοδος varactor δίνεται από την εξίσωση

Όπου, F και f αντιπροσωπεύουν τη συχνότητα αποκοπής και τη συχνότητα λειτουργίας, αντίστοιχα.

Ως αποτέλεσμα, μπορεί κανείς να συμπεράνει ότι ηη χωρητικότητα της δίοδος varactor μπορεί να μεταβάλλεται μεταβάλλοντας το μέγεθος της τάσης αντίστροφης προκατάληψης καθώς μεταβάλλεται το πλάτος της περιοχής εξάντλησης, d. Επίσης, είναι προφανές από την εξίσωση χωρητικότητας ότι το d είναι αντιστρόφως ανάλογο προς το C. Αυτό σημαίνει ότι η χωρητικότητα σύνδεσης του diode varactor μειώνεται με την αύξηση του πλάτους της περιοχής εξάντλησης που προκαλείται λόγω της αύξησης της τάσης αντίστροφης τάσης (V_R), όπως φαίνεται από το γράφημα στο Σχήμα 3. Εν τω μεταξύ, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι παρόλο που όλες οι δίοδοι παρουσιάζουν παρόμοια ιδιότητα, οι δίοδοι varactor κατασκευάζονται ειδικά για την επίτευξη του στόχου. Με άλλα λόγια οι δίοδοι varactor κατασκευάζονται με πρόθεση να αποκτήσουν μια ορισμένη καμπύλη C-V η οποία μπορεί να επιτευχθεί με τον έλεγχο του επιπέδου του ντόπινγκ κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατασκευής. Ανάλογα με αυτό, οι δίοδοι Varactor μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο τύπους, δηλαδή, απότομες δίοδοι varactor και υπερ-απότομες δίοδοι varactor, ανάλογα με το αν η δίοδος διακλάδωσης p-n είναι γραμμικώς ή μη γραμμικώς doped (αντίστοιχα).

Αυτά τα varactor δίοδοι είναι επωφελείς καθώς είναι συμπαγείς σε μέγεθος, οικονομικοί, αξιόπιστοι και λιγότερο επιρρεπείς σε θόρυβο σε σύγκριση με άλλες διόδους. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται σε

1. Κύκλωμα συντονισμού για να αντικαταστήσετε τον παλιό συντονισμό μεταβλητού πυκνωτή στυλ του ραδιοφώνου FM
2. Μικρά κυκλώματα τηλεχειριστηρίου
3. Κύκλωμα δεξαμενής του δέκτη ή του πομπού για αυτόματη ρύθμιση όπως στην περίπτωση της τηλεόρασης
4. Διαμόρφωση σήματος και αποδιαμόρφωση.
5. Πολλαπλασιαστές συχνότητας μικροκυμάτων ως συνιστώσα του κυκλώματος συντονισμού LC
6. Πολύ χαμηλού θορύβου παραμετρικοί ενισχυτές μικροκυμάτων
7. AFC κυκλώματα
8. Ρύθμιση κυκλωμάτων γέφυρας
9. Ρυθμιζόμενα φίλτρα ζώνης
10. Έλεγχοι τάσης με ταλαντωτές (VCO)
11. Ρυθμιστές φάσης RF
12. Πολλαπλασιαστές συχνότητας