Diode varactor

Diode varactor est une diode de jonction p-n polarisée en inverse, dontla capacité peut être modifiée électriquement. Par conséquent, ces diodes sont également appelées varicaps, diodes d’accord, diodes à condensateur variable de tension, diodes paramétriques et diodes à condensateur variable. Il est bien connu que le fonctionnement de la jonction p-n dépend de la polarisation appliquée, qui peut avoir une caractéristique directe ou inverse. On observe également que l'étendue de la région d'appauvrissement dans la jonction p-n diminue à mesure que la tension augmente en cas de polarisation directe. D'autre part, on constate que la largeur de la région d'appauvrissement augmente avec l'augmentation de la tension appliquée pour le scénario de polarisation inverse.

Dans de telles conditions, la jonction p-n peut êtreconsidéré comme analogue à un condensateur (Figure 1) où les couches p et n représentent les deux plaques du condensateur tandis que la région d'appauvrissement agit comme un diélectrique les séparant.

Ainsi, on peut appliquer la formule utilisée pour calculer la capacité d’un condensateur à plaques parallèles même à la diode varactor.

Par conséquent, l'expression mathématique de la capacité de la diode varactor est donnée par

Où,
C_j est la capacité totale de la jonction.
ε est la permittivité du matériau semi-conducteur.
A est la surface en coupe transversale de la jonction.
d est la largeur de la région d'appauvrissement.

De plus, la relation entre la capacité et la tension de polarisation inverse est donnée par

Où,
C_j est la capacité de la diode varactor.
C est la capacité de la diode varactor en l'absence de biais.
K est la constante, souvent considérée comme 1.
V_b est le potentiel de barrière.
V_R est la tension inverse appliquée.
m est la constante dépendante du matériau.

De plus, l’équivalent circuit électrique d’un circuit diode varactor et son symbole sont représentés par la figure 2. Cela indique que la fréquence de fonctionnement maximale du circuit dépend de la résistance en série (R_s) et la capacité de la diode, qui peut être mathématiquement donnée comme

De plus, le facteur de qualité de la diode varactor est donné par l’équation

Où, F et f représentent la fréquence de coupure et la fréquence de fonctionnement, respectivement.

On peut donc en conclure que lela capacité de la diode varactor peut être modifiée en faisant varier l'amplitude de la tension de polarisation inverse en fonction de la largeur de la région d'appauvrissement, d. L’équation de la capacité montre également que d est inversement proportionnel à C. Cela signifie que la capacité de jonction du diode varactor diminue avec l’augmentation de la largeur de la région d’épuisement due à une augmentation de la tension de polarisation inverse (V_R), comme le montre le graphique de la figure 3. En attendant, il est important de noter que bien que toutes les diodes présentent la même propriété, les diodes varactor sont spécialement fabriquées pour atteindre cet objectif. En d’autres termes, les diodes varactor sont fabriquées dans l’intention d’obtenir une courbe C-V définie, ce qui peut être obtenu en contrôlant le niveau de dopage au cours du processus de fabrication. En fonction de cela, les diodes varactor peuvent être classées en deux types, à savoir les diodes varactor abruptes et les diodes varactor hyperabruptes, selon que la diode à jonction p-n est dopée linéairement ou non linéairement (respectivement).

Celles-ci diodes varactor sont avantageux car ils sont compacts, économiques, fiables et moins sujets au bruit que d’autres diodes. Par conséquent, ils sont utilisés dans

1. Circuits de syntonisation destinés à remplacer les syntonisations de condensateur variable à l'ancienne de la radio FM
2. Petits circuits de télécommande
3. Circuits de réservoir du récepteur ou de l'émetteur pour le réglage automatique comme dans le cas de la télévision
4. Modulation et démodulation du signal.
5. Multiplicateurs de fréquence hyperfréquences en tant que composant d'un circuit résonnant LC
6. Amplificateurs paramétriques hyperfréquences à très faible bruit
7. Circuits AFC
8. Réglage des circuits en pont
9. Filtres passe-bande ajustables
10. Oscillateurs à tension contrôlée (VCO)
11. Déphaseurs RF
12. Multiplicateurs de fréquence