Kuinka Varactor (Varicap) -diodit toimivat

Kokeile Instrumenttia Ongelmien Poistamiseksi





Varaktoridiodi, jota kutsutaan myös varicapiksi, VVC (jännitteen vaihteleva kapasitanssi tai viritysdiodi) on puolijohdediodityyppi, jolla on vaihteleva jännitteestä riippuva kapasitanssi p-n-risteyksessään, kun laitetta käännetään esijännitettynä.

Käänteinen esijännitys tarkoittaa periaatteessa, kun diodille kohdistetaan vastakkainen jännite, mikä tarkoittaa positiivista jännitettä katodissa ja negatiivista anodissa.



varicap tai varactor-diodi varicap-varaktoridiodin symboli

Tapa, jolla varaktoridiodi toimii, riippuu diodin p-n-liitoksen yli olevasta kapasitanssista, kun se on päinvastaisessa tilassa.

Tässä tilassa löydämme alueen peittämättömiä varauksia muodostumassa risteyksen p-n-sivujen yli, mikä yhdessä johtaa tyhjenemisalueeseen risteyksen poikki.



Tämä ehtymisalue muodostaa ehtymisleveys laitteessa, symboloi nimellä Wd.

Kapasitanssin muutos edellä selitettyjen eristämättömien varausten takia p-n-liitoksen poikki voidaan määrittää kaavalla:

CT = e. A / Wd

missä e on puolijohdemateriaalien läpäisevyys, TO on p-n risteysalue ja W d on tyhjennyksen leveys.

Kuinka se toimii

Varicapin tai varactor-diodin perustoiminta voidaan ymmärtää seuraavalla selityksellä:

Kun varaktoria tai varicap-diodia käytetään nousevalla käänteisellä esijännitepotentiaalilla, seurauksena on laitteen ehtymisleveyden kasvu, mikä puolestaan ​​aiheuttaa sen siirtymäkapasitanssin vähenemisen.

Seuraava kuva näyttää varaktoridiodin tyypilliset ominaisvasteet.

varicap-diodin ominaisuudet

Voimme nähdä CT: n jyrkän alkupudotuksen vasteena lisääntyneelle käänteisen ennakkoluulon potentiaalille. Normaalisti vaihtelevan jännitteen kapasitanssidiodin käytetyn käänteisen esijännitteen VR alue on rajoitettu 20 V.

Käytetyn käänteisen esijännitteen suhteen siirtymäkapasitanssi voidaan arvioida kaavalla:

CT = K / (VT + VR) n

Tässä kaavassa K on vakio määritettynä käytetyn puolijohdemateriaalin tyypin ja sen rakenteellisen asettelun mukaan.

VT on polven potentiaali , kuten alla on kuvattu:

VR on laitteeseen sovelletun käänteisen esijännitepotentiaalin määrä.

n voi olla arvo 1/2 varicap-diodeille, jotka käyttävät metalliseosta, ja 1/3 diodille, jotka käyttävät hajautettuja liitoksia.

Esijännitteen puuttuessa tai nollajännitteen esijännitteessä kapasitanssi C (0) VR: n funktiona voidaan ilmaista seuraavan kaavan avulla.

CT (VR) = C (0) / (1 + | VR / VT |) n

Varicap-vastaava piiri

Varicap-diodin vakiosymbolit (b) ja vastaava likimääräinen piiri (a) on esitetty seuraavassa kuvassa:

Oikeanpuoleinen kuva tarjoaa likimääräisen simulointipiirin varicap-diodille.

Diodina ja päinvastaisella esijännitetyllä alueella vastus vastaavassa piirissä RR on merkittävästi suuri (noin 1 M ohmia), kun taas geometrinen vastusarvo Rs on melko pieni. CT: n arvo voi vaihdella välillä 2 ja 100 pF riippuen käytetyn varicapin tyypistä.

Varmistaaksesi, että arvo RR on riittävän suuri, jotta vuotovirta voi olla minimaalinen, piimateriaali valitaan normaalisti varicap-diodille.

Koska varicap-diodia on tarkoitus käyttää nimenomaan erittäin korkean taajuuden sovelluksissa, induktanssia LS ei voida jättää huomiotta, vaikka se saattaa näyttää pieneltä, nanohygieniassa.

Tämän pienen näköisen induktanssin vaikutus voi olla melko merkittävä, ja se voidaan todistaa seuraavien avulla reaktanssin laskeminen .

Kuvitellaan, että taajuus, joka on 10 GHz: n taajuudella, ja LS = 1 nH, tuottaa arvon XLS = 2πfL = (6,28) (1010Hz) (10-9F) = 62,8 ohmia. Tämä näyttää liian suurelta, ja epäilemättä tästä syystä varicap-diodit määritetään tiukalla taajuusrajalla.

Jos oletetaan, että taajuusalue on sopiva ja RS: n, XLS: n arvot ovat pienet verrattuna muihin sarjaelementteihin, yllä mainittu vastaava piiri voitaisiin yksinkertaisesti korvata vaihtelevalla kondensaattorilla.

Varicap- tai Varactor-diodin tietolomakkeen ymmärtäminen

Tyypillisen varicap-diodin täydellistä tietolomaketta voidaan tutkia seuraavasta kuvasta:

C3 / C25-suhde yllä olevassa kuvassa osoittaa kapasitanssitason suhteen, kun diodia käytetään käänteisellä esijännitepotentiaalilla välillä 3-25 V. Suhde auttaa meitä saamaan nopean selvityksen muutoksen tasosta kapasitanssi suhteessa käytettyyn käänteisen esijännityksen potentiaaliin.

merkkihenkilö Q tarjoaa harkinta-alueen laitteen toteuttamiseksi sovellusta varten, ja se on myös kapasitiivisen laitteen sykliä kohti varastoiman energian ja syklin aikana menetetyn tai haihtuneen energian suhde.

Koska energian menetystä pidetään enimmäkseen negatiivisena ominaisuutena, sitä parempi on suhteellisen arvon suurempi.

Toinen tietolomakkeen näkökohta on varicap-diodin resonanssitaajuus. Ja tämä määritetään kaavalla:

fo = 1 / 2π√LC

Tämä tekijä määrää varicap-diodin käyttöalueen.

Kapasitanssin lämpötilakerroin

Viitaten yllä olevaan kaavioon, kapasitanssin lämpötilakerroin Varicap-diodin teho voidaan arvioida seuraavalla kaavalla:

missä ΔC tarkoittaa laitteen kapasitanssin vaihteluja lämpötilan muutoksesta (T1 - T0) tietyn käänteisen esijännitepotentiaalin osalta.

Esimerkiksi yllä olevassa tietolomakkeessa se osoittaa C0 = 29 pF VR = 3 V ja T0 = 25 astetta.

Edellä olevia tietoja käyttämällä voidaan arvioida varicap-diodin kapasitanssin muutos yksinkertaisesti korvaamalla uusi lämpötila T1-arvo ja TCC kaaviosta (0,013). Uuden VR: n ansiosta TCC-arvon voidaan odottaa vaihtelevan vastaavasti. Palatessasi takaisin tietolomakkeeseen havaitsemme, että suurin saavutettu taajuus on 600 MHz.

Tätä taajuusarvoa käyttämällä varicapin reaktanssi XL voidaan laskea seuraavasti:

XL = 2πfL = (6,28) (600 x 1010Hz) (2,5 x 10-9F) = 9,42 ohmia

Tulos on suhteellisen pieni suuruus, ja on hyväksyttävää jättää se huomiotta.

Varicap-diodin käyttö

Harvat varaktorin tai varicap-diodin korkean taajuuden käyttöalueista, jotka määritetään matalan kapasitanssin spesifikaatioiden mukaan, ovat säädettävät kaistanpäästösuodattimet, automaattiset taajuuden säätölaitteet, parametriset vahvistimet ja FM-modulaattorit.

Alla oleva esimerkki näyttää varicap-diodin, joka on toteutettu virityspiirissä.

Piiri koostuu L-C-säiliöpiirien yhdistelmästä, jonka resonanssitaajuus määräytyy:

fp = 1 / 2π√LC'T (korkea-Q-järjestelmä), jonka C'T-taso = CT + Cc, määritetään sovelletulla käänteisen esijännityksen potentiaalilla VDD.

Kytkentäkondensaattori CC varmistaa vaaditun suojan L2: n oikosulkualttiutta vastaan ​​käytetyltä esijännitysjännitteeltä.

Viritetyn piirin aiottujen taajuuksien annetaan sen jälkeen siirtyä korkean sisääntulon impedanssivahvistimeen jatkokehitystä varten.




Edellinen: Elektroninen kosketusurupiiri Seuraava: SCR-sovellusten piirit