Что такое варикап и как он работает

Варикап — это полупроводниковый диод , основным параметром которого является, не одностороння электрическая проводимость , а изменяемая под действием управляющего напряжения емкость. То есть в варикапе используется зависимость приложенного к нему обратного напряжения и емкости p-n-перехода. Варикап представляет собой обычный электронный компонент , созданный из двух полупроводников различного типа проводимости p- и n-. Область перехода между этими полупроводниками называется p-n-переходом. При отсутствии внешнего управляющего напряжения в области p-n-перехода образуется потенциальный барьер. При этом, чем больше обратное напряжение тем меньше емкость конденсатора барьер расширяется и расстояние между воображаемыми обкладками увеличивается.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Диоды и их разновидности
• Описание варианта замены варикапа на транзистор
• Особенности применения варикапов
• Параметры варикапов
• Энциклопедия по машиностроению XXL
• Варикап работа и устройство
• ИЗУЧЕНИЕ НЕЛИНЕЙНОЙ ЕМКОСТИ ВАРИКАПОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Варикапы

Диоды и их разновидности

Варикапы представляют собой полупроводниковые диоды, используемые в различных электрических цепях как элементы, имеющие электрически управляемую емкость. В них она зависит от той величины, которую имеет обратное напряжение. Варикапы чаще всего применяются в электронных блоках частотной модуляции, деления и умножения частоты, а также в схемах, предназначенных для того, чтобы перестраивать частоты колебательных контуров.

Они необходимы в них в качестве элементов, имеющих электрически управляемую емкость. Если ранее практически во всех электронных узлах, которые располагали функцией перестройки частоты, для ее реализации применялись различные механические устройства, которые морально устарели сразу же после того, как появились варикапы. Эти приборы имеют совсем небольшие габариты, что положительно сказывается на размерах устройств, в которых они используются.

Кроме того, применение варикапов позволяет при необходимости без особых проблем существенно увеличить число перестраиваемых контуров, а также располагать их в непосредственной близости к контурным катушкам.

С помощью этих электронных компонентов разработчики успешно реализовывают разнообразные сочетания фиксированных и плавных настроек при помощи подачи на них управляющих напряжений заранее определенной величины.

Еще одним преимуществом электроники с применением варикапов, является то, что в ней легко реализовывается дистанционное управление. Функционирование варикапов, как и других полупроводниковых приборов, базируется на тех свойствах, которые имеет полупроводниковый переход, образующийся на границе материалов, имеющих различные типы электропроводности.

Отечественные варикапы. Условные обозначения параметров варикапов С ном.

Описание варианта замены варикапа на транзистор

Варикапы представляют собой полупроводниковые диоды, используемые в различных электрических цепях как элементы, имеющие электрически управляемую емкость. В них она зависит от той величины, которую имеет обратное напряжение. Варикапы чаще всего применяются в электронных блоках частотной модуляции, деления и умножения частоты, а также в схемах, предназначенных для того, чтобы перестраивать частоты колебательных контуров. Они необходимы в них в качестве элементов, имеющих электрически управляемую емкость.

PDA. Просмотр полной версии: Варикап — пособие для «чайника» . на варикапах проще, чем на диодах. И работает он стабильнее.

Особенности применения варикапов

Просмотр полной версии : Варикап — пособие для «чайника». Тема в разделе «Для начинающих» создана по анологии с общеобразовательной литературой на разные темы. Просьба не посылать в высокую науку а, по возможности, обяснить на примерах или ссылках. Столкнулся с необходимостью подстройки частоты контура варикапом. В памяти всплыла информация о подводных камнях на эту тему. Копия статьи Попутно — имеет ли это явление место в режекторных фильтрах? Варикап — нелинейный по напряжению элемент, поэтому некоторые «бяки» он создаёт всегда. Схемные решения могут уменьшить их влияние на характеристики устройства, но не до «нуля».

Параметры варикапов

Справочник количества содержания ценных металлов в варикапе КВ согласно паспорта на изделие и информационной литературы. Указано точное значение драгоценных металлов в граммах Золото, серебро, платина, палладий и другие на единицу изделия. Золото: 5,24E грамм. Серебро: 0 грамм. Платина: 0 грамм.

Варакторные диоды, также называемые варикапами, представляют собой полупроводниковые устройства, которые ведут себя как переменные конденсаторы.

Энциклопедия по машиностроению XXL

Управляемые напряжением полупроводниковые конденсаторы переменной емкости — варикапы — приборы с сильно выраженной нелинейностью. По этой причине в цепях, где к варикапу приложено переменное напряжение относительно большой амплитуды, он способен преподнести сюрприз. По сути, варикап — это обратносмещенный полупроводниковый диод. Прямая ветвь его вольт-амперной характеристики, принципиальная для основного назначения диода выпрямление, детектирование , для варикапа несущественна. В общем случае в качестве варикапа можно использовать и на практике это нередко реализуют диод и даже коллекторный или эмиттерный переход биполярного транзистора.

Варикап работа и устройство

Варикап — полупроводниковый диод, используемый в качестве конденсатора с управляемой напряжением емкостью, принцип действия которого основан на зависимости емкости р-п-перехода или барьера Шоттки БШ от приложенного напряжения. Эти параметрические диоды работают в обратном направлении, от которого зависит барьерная емкость. Таким образом, варикапы представляют собой конденсаторы переменной емкости, управляемой не механически, а электрически, при изменении обратного напряжения. Варикапы применяются главным образом для настройки колебательных контуров. Простейшая схема включения варикапа в колебательный контур на рисунке. Схематическое изображение варикапа а и зависимость емкости варикапа от обратного напряжения б.

Варикап (варистор) радиоелемент котороый меняет своё сопротивление в зависимости от поданного на него напряжения.

ИЗУЧЕНИЕ НЕЛИНЕЙНОЙ ЕМКОСТИ ВАРИКАПОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ

Предназначен для использования в качестве управляемой напряжением емкости. Работает при обратном напряжении, приложенном к p-n переходу. Емкость меняется в широких пределах. Варикапы — приборы с сильно выраженной нелинейностью, по сути — это обратносмещенный полупроводниковый диод.

Мы очень часто применяем в своих схемах диоды, а знаете ли вы как он работает и что из себя представляет? Сегодня в «семейство» диодов входит не один десяток полупроводниковых приборов, носящих название «диод». Диод представляет собой небольшую емкость с откачанным воздухом, внутри которой на небольшом расстоянии друг от друга находится анод и второй электрод — катод, один из которых обладает электропроводностью типа р, а другой — n. Вот мы работаем насосом, воздух закачивается в камеру через ниппель, а обратно этот воздух выйти через ниппель не может. По сути воздух, это тот же электрон в диоде, вошел электрончик, а обратно выйти уже нельзя.

Войдите , пожалуйста.

Мы очень часто применяем в своих схемах диоды, а знаете ли вы как он работает и что из себя представляет? Сегодня в «семейство» диодов входит не один десяток полупроводниковых приборов, носящих название «диод». Диод представляет собой небольшую емкость с откачанным воздухом, внутри которой на небольшом расстоянии друг от друга находится анод и второй электрод — катод, один из которых обладает электропроводностью типа р, а другой — n. Вот мы работаем насосом, воздух закачивается в камеру через ниппель, а обратно этот воздух выйти через ниппель не может.

По сути воздух, это тот же электрон в диоде, вошел электрончик, а обратно выйти уже нельзя. Если вдруг ниппель выйдет из строя то колесо сдуется, будет пробой диода.

В современной электронике появляется всё больше электронных компонентов управляемых напряжением. Это связано с активным развитием цифровой техники. Ранее электронная аппаратура управлялась всевозможными ручками регулировки, кнопками, многопозиционными переключателями, то есть руками. Цифровая техника избавила нас от этого, а взамен дала возможность управлять и настраивать устройства посредством кнопок и экранного меню.

Варактор и варикап, Принцип работы, параметры кратко…

Привет, Вы узнаете про варактор, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое варактор, варикап , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.

варикап

Обозначение варикапа на принципиальных электрических схемах

Варикапы

Двойной варикап

Варикап (акроним от англ. vari(able) — «переменный», и cap(acitance) — «[электрическая] емкость») — электронный прибор, полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной емкости p-n-перехода от обратного напряжения.

Варикапы с большой рассеиваемой мощностью, предназначенные для умножения частоты в радиопередатчиках, принято называть варактор ами

.

Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой емкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура в частотно-избирательных цепях, деления и умножения частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др.

Принцип работы варикапа

Изменение толщины барьерного обедненного слоя вблизи p-n-перехода при изменении обратного напряжения, приложенного к структуре

Типичная вольт-фарадная характеристика варикапа

При отсутствии внешнего приложенного к электродам напряжения в p-n-переходе существуют потенциальный барьер и внутреннее электрическое поле, возникновение которого обусловлено контактной разностью потенциалов между полупроводниками p-типа и n-типа. Нормальный режим работы варикапа — с обратным смещением. Если к диоду приложить обратное напряжение (то есть катод должен иметь положительный потенциал относительно анода), то высота этого потенциального барьера увеличится. Внешнее обратное напряжение отталкивает электроны в глубь n-области, в результате чего происходит расширение обедненной области p-n-перехода, то есть слой полупроводника, лишенный носителей заряда и по сути являющийся диэлектриком.

При увеличении обратного напряжения толщина обедненного слоя увеличивается. Это можно представить в виде плоского конденсатора, в котором обкладками служат необедненные зоны полупроводника и с переменной толщиной слоя диэлектрика.

В соответствии с формулой для емкости плоского конденсатора, с ростом расстояния между обкладками (вызванной ростом значения обратного напряжения) емкость p-n-перехода будет уменьшаться. Это уменьшение ограничено толщиной базы, далее которой толщина обедненного слоя увеличиваться не может, по достижении этого минимума емкости с ростом обратного напряжения емкость не изменяется. Другой ограничивающий фактор управляемого снижения емкости — электрический лавинный пробой обедненного слоя.

Так как при изменении обратного напряжения толщина диэлектрика (обедненного слоя) изменяется в широких пределах, для характеристики изменения емкости варикапа от приложенного напряжения применяют динамическую или дифференциальную емкость — емкость для малого изменения напряжения на приборе (малосигнальный параметр) . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Динамическая емкость определяется как^:

где — приращение электрического заряда конденсатора;

— приращение напряжения.

Дифференциальная емкость согласно ГОСТ Р 52002-2003 — это динамическая емкость для очень медленного изменения напряжения.

Зависимость динамической емкости от напряжения называется вольт-фарадной характеристикой и для варикапа приближенно описывается функцией:

где — динамическая емкость прибора при нулевом напряжении;

— приложенное обратное напряжение;

— некоторая константа, имеющая размерность напряжения и приближенно равная прямому напряжению p-n-перехода, при небольших прямых токах, для кремниевого прибора около 0,55 В;

— показатель, характеризующий величину градиента концентрации легирующей примеси в p-n-переходе, для переходов с плавным, например, линейным изменением концентрации , для резких переходов , для переходов со ступенчатым легированием может достигать 2^.

Онлайн демонстрация и симуляция работы Полосовой фильтр на варикапе:

Открыть на весь экран Полосовой фильтр на варикапе

Конструкция

Внутренняя структура варикапа

Обычно варикапы изготавливаются по планарно-эпитаксиальной технологии, позволяющей оптимизировать электрические параметры прибора. На пластине сильнолегированного низкоомного полупроводника (обычно с n-типом проводимости, обозначается n⁺) выращивается высокоомная пленка низколегированного полупроводника n-типа. C помощью диффузии акцепторной примеси на поверхности эпитаксиального слоя формируется низкоомный анодный слой p-типа.

Боковая поверхность структуры для защиты выходящего на поверхность p-n-перехода и увеличения обратного пробойного напряжения покрывается легкоплавким стеклом.

Основные электрические и эксплуатационные параметры

• Общая емкость — емкость, измеренная между выводами варикапа при заданном обратном напряжении.
• Коэффициент перекрытия по емкости — отношение емкостей при двух заданных значениях обратного напряжения на варикапе.
• Добротность — отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте к сопротивлению потерь при заданном значении емкости или обратного напряжения.
• Постоянный обратный ток — постоянный ток, ток утечки, протекающий через варикап при заданном обратном напряжении.
• Максимально допустимое постоянное обратное напряжение.
• Максимально допустимая рассеиваемая мощность.
• Температурные коэффициенты емкости и добротности — отношение относительного изменения емкости (добротности) варикапа к вызвавшему его абсолютному изменению температуры. В общем случае сами эти коэффициенты зависят от значения обратного напряжения, приложенного к варикапу.
• Предельная частота варикапа — значение частоты, на которой реактивная составляющая проводимости варикапа становится равной активной составляющей. Измерение предельной частоты производится при конкретных заданных обратном напряжении и температуре, которые, в свою очередь, зависят от типа варикапа.

Модели варикапов

Промышленностью выпускаются варикапы как в виде дискретных компонентов (например, варикапы производства СССР и России, КВ105, КВ109, КВ110, КВ114, BB148, BB149), так и в виде варикапных сборок (например, КВС111).

Применение варикапов

Пример схемы автоматической подстройки частоты гетеродина радиоприемника с использованием варикапа. У — усилительные каскады, Д — частотный дискриминатор.

Варикапы применяются для перестройки частоты генераторов, управляемых напряжением в синтезаторах частоты и генераторах качающейся частоты, настройки частотноизбирательных цепей с управлением напряжением, в системах автоматической подстройки частоты различных радиоприемных устройств, в параметрических усилителях, для умножения частоты в умножителях частоты, управляемых напряжением фазовращателях и других.

Полупроводниковый диод, принцип работы которого основан на использовании зависимости емкости электрического перехода от обратного напряжения, называют варикапом. Варикап представляет собой электрически управляемую емкость. Варикапы изготавливают на основе кремния и арсенида галлия. Емкость варикапов меняется в широких пределах, а ее зависимость от обратного напряжения различна для варикапов, изготовленных методом диффузии или методом вплавления примесей.

Варикап со структурой , эквивалентная схема и условное графическое обозначение варикапа

Варактор

Обозначение варактора на электрических схемах (отличается от варикапа)

Вара́ктор (от англ. variable — переменный и act — действие, actor — тот, кто действует ) — электронный прибор, полупроводниковый диод, реактивное сопротивление которого зависит от приложенного обратного напряжения. Точное определение неоднозначно.

Термин «варактор» по-разному определяется разными авторами. В русскоязычной литературе многими специалистами рассматривается как синоним или частный случай варикапа. Это мнение настолько широко распространено, что для варактора не придумано отдельного от варикапа обозначения на электрических схемах. А иногда слово «варактор» даже не употребляется, и используется только термин «варикап». Возможно, это связано с отсутствием термина «варактор» в государственных стандартах Советского Союза и постсоветских государств.

Есть, однако же, ряд особых мнений, по-своему определяющих понятие «варактор», а некоторые авторы даже считают его более общим, чем «варикап».

Понимание термина «варактор» и его отношение к термину «варикап» в англоязычной литературе, а также литературе на других языках, требует уточнения.

Синоним или частный случай варикапа

Многие считают варактор варикапом . При этом часто используется только термин варикап. Но есть и авторы, использующие только термин варактор. Встречается и такая форма — варакторный диод.

В то же время есть определение варактора как подтипа варикапа — умножительного диода^{, то есть используемого для умножения частоты. Там же в «Справочнике металлиста» отмечено, что варакторы используются в диапазоне СВЧ в параметрических усилителях. А вот Ю. А. Овечкин не употребляет термин «варактор», но тоже называет подобные варикапы параметрическими. Так же поступает и ГОСТ 15133-77[10].}

Таким образом, параметрический диод — это варактор/варикап, используемый в параметрических усилителях.

Еще стоит упомянуть, что есть авторы, использующие оба термина, но не определяющие их, и по контексту не всегда понятно, эквивалентны они или нет^[11].

В описании электрических схем иногда указывают два названия^[12], но, возможно, это связано с взаимозаменяемостью разных видов диодов из-за особенностей конкретной схемы. Требует уточнения.

Обобщение варикапа

Это мнение есть в недавно опубликованном учебном пособии ЮФУ^[13]. Авторы отдают предпочтение термину «варактор» и дают пояснение, что он является более общим, чем термин «варикап», который пришел из низкочастотной электроники.

Авторы выделяют подтипы варактора в зависимости от целей использования в электрических схемах:

• варикап, если «диод используется в качестве переменной емкости для электрической перестройки частоты генераторов»;
• умножительный диод, если используется в умножителях частоты;
• параметрический диод, если используется для параметрического усиления СВЧ-колебаний.

Особое определение

Это точка зрения выражена коллективом авторов в 1973 году^[14]. Авторы отделяют варактор от варикапа областью применения и особенностью работы p‑n-перехода. Однако, поясняют, что их определение не является общепризнанным, и что многие понимают под варактором всего лишь варикап, предназначенный для работы в диапазоне СВЧ.

Конкретнее, варакторы в их понимании предназначены для работы при больших амплитудах, и при этом на части периода колебаний сигнала p‑n-переход находится в открытом состоянии. При этом барьерная емкость перехода в процессе его отпирания может увеличиваться на несколько порядков за счет добавления так называемой диффузионной емкости.

Это приводит к тому, что дифференциальная емкость p‑n-перехода перестает существенно зависеть от степени нелинейности емкости закрытого p‑n-перехода, определяемой его химическим составом. Таким образом, снижение этой степени не ухудшает работу варактора, в отличие от варикапа, а иногда бывает даже полезным, так как ускоряет процесс восстановления закрытого состояния p‑n-перехода и, как следствие, уменьшает потери мощности.

Авторы замечают поэтому тенденцию снижения степени нелинейности при проектировании новых варакторов почти до нуля за счет использования p‑i‑n-переходов. При этом вольт-кулоновая характеристика варактора приближается к кусочно-линейной функции.

Эта точка зрения в чем-то похожа на мнения других авторов^[15][16], считающих что варакторы используют нелинейные свойства p‑n-перехода, в отличие от варикапов, использующих только линейные, хотя остальные свойства у них совпадают.

См. также

• Полупроводниковый диод . Классификация диодов
• лазерный диод , лазерные диоды , отличие лазерных диодов от светодиодов ,
• полупроводниковый диод , вах диодов , классификация диодов , уго диодов ,
• стабилитрон , варикап , диод шоттки , стабилитроны ,
• Стабилитроны
• Импульсные диоды
• Диоды Шоттки
• Варактор
• Вариконд
• Туннельные диоды
• Обращенные диоды
• Полупроводниковые лазеры
• Выпрямительные диоды
• Обращенный диод
• pin-диод
• Высокочастотные диоды
• Сверхвысокочастотные диоды
• Светодиоды
• Фотодиоды
• Лямбда- диод
• Кристаллический детектор
• Диодный мост
• p-n-переход

В общем, мой друг ты одолел чтение этой статьи об варактор. Работы в переди у тебя будет много. Смело пишикоментарии, развивайся и счастье окажется в ваших руках. Надеюсь, что теперь ты понял что такое варактор, варикап и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Особенности применения варикапов — RadioRadar

   Управляемые напряжением полупроводниковые конденсаторы переменной емкости — варикапы — приборы с сильно выраженной нелинейностью. По этой причине в цепях, где к варикапу приложено переменное напряжение относительно большой амплитуды, он способен преподнести сюрприз.

---

   По сути, варикап — это обратносмещенный полупроводниковый диод. Прямая ветвь его вольт-амперной характеристики, принципиальная для основного назначения диода (выпрямление, детектирование), для варикапа несущественна. В общем случае в качестве варикапа можно использовать (и на практике это нередко реализуют) диод и даже коллекторный или эмиттерный переход биполярного транзистора.

   В отличие от полупроводниковых диодов, у варикапов нормируют (и, разумеется, обеспечивают при производстве) емкость р-n перехода при определенном напряжении смещения на нем и добротность. Заметим, что добиться добротности варикапа, заметно превышающей добротность контурной катушки, непросто. Это объясняется тем, что в варикапе, как и в любом диоде, последовательно с р-n переходом всегда включено сопротивление базовой области полупроводника, а параллельно — эквивалентное сопротивление, обусловленное обратным током через переход. Относительно низкая добротность варикапа подразумевает, в частности, необходимость учитывать ее при расчете добротности колебательного контура.

   Зависимость емкости р-n перехода от приложенного к нему обратного напряжения имеет степенной характер вида С=U^-n, где значение параметра n может находиться в пределах от 0,33 до 0,5 (определяется технологией изготовления перехода). На рис. 1 показана типовая вольт-фарадная характеристика варикапа Д902, построенная в линейных координатах. Подобные характеристики можно найти в справочной литературе. Они позволяют определить емкость варикапа при различных значениях напряжения смещения.

Рис. 1. Типовая вольт-фарадная характеристика варикапа Д902

   Однако предпочтительнее иметь дело с вольт-фарадной характеристикой варикапа, построенной в «двойном» (т. е. по обеим осям) логарифмическом масштабе. Известно, что степенная функция выглядит в таком масштабе как прямая линия, причем тангенс угла ее наклона к оси ординат численно равен показателю степени функции. На рис. 2 показан этот график для варикапа Д902. Измерив обычной линейкой стороны прямоугольного треугольника ABC, получаем для модуля показателя степени значение 0,5 (АВ/ВС). Падающий характер характеристики говорит о том, что этот показатель имеет минусовой знак. Таким образом, зависимость емкости варикапа Д902 от приложенного напряжения имеет вид С=U^-0,5.

Рис. 2. Вольт-фарадной характеристика варикапа, построенной в «двойном» логарифмическом масштабе

   Сказанное выше относится к «классическим» варикапам. Для увеличения эффективности управления современными варикапами при их изготовлении принимают специальные технологические меры, поэтому и вольт-фарадные характеристики могут иметь уже не столь простой вид.

   Поскольку вольт-фарадная характеристика варикапа нелинейна, его использование в аппаратуре неизбежно приводит к появлению искажений. Немецкий радиолюбитель Ульрих Граф (DK4SX) провел измерения интермодуляционных искажений второго и третьего порядков в различных полосовых фильтрах, содержащих полупроводниковые диоды (Ulrich Graf. Intermodulation an passiven Schaltungsteilen. — CQ DL, 1996, № 3, s. 200-205). Он подавал на вход фильтра (входное сопротивление 50 Ом) два сигнала с уровнем +3 дБ (10 мВ на сопротивлении 50 Ом) и анализировал спектр выходного сигнала. Значения частоты входных сигналов Граф выбирал так, чтобы продукты интермодуляции попадали в полосу пропускания фильтра.

   В одном из экспериментов в двукон-турном входном полосовом фильтре постоянные конденсаторы, входящие в колебательные контуры, были заменены варикапами. Интермодуляционные составляющие второго порядка на выходе фильтра при этом возросли по уровню на 10 дБ, а третьего — почти на 50 дБ!

   Иными словами, варикапы во входных цепях приемников способны ухудшить их реальную избирательность, хотя, скорее всего, они так «сработают» лишь в аппаратуре относительно высокого класса (связная техника). Впрочем, и в приемнике среднего класса интермодуляция на входном варикапе может стать существенной, если приемник эксплуатируют вблизи передающих устройств.

   Есть, однако, узлы, в которых к варикапу принципиально должно быть подведено относительно большое переменное напряжение — речь идет о генераторах. На рис. 3 показана широко распространенная схема включения варикапа в колебательный контур генератора, а на рис. 4 — вольт-фарадная (С) и вольт-амперная (I) характеристики варикапа и мгновенное напряжение на варикапе (U_г) при двух значениях управляющего напряжения (U_ynp). Обращаем внимание, что для наглядности на графике масштаб по оси «U» вправо от нуля и по оси «I; С» вниз от нуля укрупнен. Пока управляющее напряжение велико (U_упр1) по сравнению с амплитудой переменного напряжения (U_г), варикап работает в нормальном режиме. Но при уменьшении управляющего напряжения (U_ynp2) могут наступать моменты, когда на пиках отрицательной полуволны напряжения рабочая точка варикапа будет заходить на прямую ветвь вольт-амперной характеристики и он начнет выпрямлять приложенное к нему переменное напряжение.

Рис. 3. Схема включения варикапа в колебательный контур генератора

Рис. 4. Вольт-фарадная и вольт-амперная характеристики варикапа и мгновенное напряжение на варикапе при двух значениях управляющего напряжения

   Как же определить границу зоны нормальной работы варикапа в генераторе? Можно, например, измерять переменное напряжение на варикапе и сравнивать его с управляющим. Для этого необходим ВЧ вольтметр с высоким входным сопротивлением и малой входной емкостью (чтобы его подключение не изменяло режима работы генератора).

   Минимально допустимое управляющее напряжение на варикапе можно определить, не нарушая режима работы генератора, и с помощью частотомера. Его подключают к выходу генератора и снимают зависимость крутизны управления генератором от управляющего напряжения.

   Крутизна управления — это отношение изменения частоты генератора к вызвавшему его заданному изменению управляющего напряжения — dF/dU. При полном включении варикапа в контур крутизна может, например, быть описана степенной функцией (по крайней мере, для Д902), показатель которой зависит от вида вольт-фарадной характеристики варикапа. Вспомним (см. выше), что такая функция, если ее построить в «двойном» логарифмическом масштабе, представляет собой прямую линию. Если варикап начнет выходить из нормального режима работы, характер зависимости крутизны от управляющего напряжения изменится. Это справедливо и в более общем случае, когда варикап включен в контур не полностью или его вольт-фарадная характеристика — не степенная функция.

   Поскольку вольт-фарадная характеристика нелинейна, измерения следует вести в определенной последовательности. Установив некоторое управляющее напряжение U_упр, определяют частоту генератора F_г. Затем сначала уменьшают это напряжение до U_упр-dU_упр, а потом увеличивают до U_ynp+dU_упр и считывают по табло частотомера соответствующие значения частоты F_г1 и F_г2.

   Крутизну управления при управляющем напряжении U_упр рассчитывают по формуле dF/dU=(F_г2-F_г1)/2dU_упр. Абсолютное значение изменения напряжения dU_упр должно быть минимальным, но таким, при котором можно надежно фиксировать изменение частоты генератора. Затем устанавливают другое значение управляющего напряжения иупри повторяют измерения. Такая методика уменьшает влияние нелинейности вольт-фарадной характеристики варикапа на точность измерения крутизны управления.

   Результаты измерений крутизны управления частотой генератора с полным включением варикапа в контур (см. рис. 3) представлены на рис. 5. Видно, что при управляющем напряжении на варикапе ниже 3,5 В он выходит из нормального режима. Иначе говоря, для указанного генератора это напряжение и будет критическим.

   При дальнейшем уменьшении управляющего напряжения наклон кривой может вообще изменить свой знак! Происходит это из-за уже упоминавшегося выпрямления высокочастотного напряжения, приложенного к варикапу. Выпрямленное напряжение вычитается из управляющего и начинает преобладать над ним.

Рис. 5. Измерения крутизны управления частотой генератора с полным включением варикапа в контур

   Если описанная ситуация произойдет, например, с гетеродином вашего приемника, будет чему удивляться. Представьте себе — при вращении в одну и ту же сторону ручки переменного резистора «Настройка» частота приема сначала изменяется в одном направлении, затем практически перестает изменяться, а потом может пойти обратно.

Автор: Б. СТЕПАНОВ, г. Москва

Полное руководство для любителей электроники

Электронные схемы обычно состоят из резисторов, конденсаторов, трансформаторов, диодов, транзисторов и т. д. Теперь мы представим особый тип диода. Варикапные диоды находят полезное применение в электронной промышленности, обеспечивая регулируемую по напряжению емкость. Кроме того, они контролируют уровни напряжения в контуре фазовой автоподстройки частоты.

Их можно интегрировать во все типы схем настройки и частотных ВЧ-цепей. Итак, давайте посмотрим! Понимание его назначения и рабочего процесса может показаться запутанным. Поэтому мы составили это руководство, чтобы помочь вам получить больше знаний по этому конкретному вопросу.

1.     Что такое варикапный диод?

Варьируемый (переменной емкости) диод — это уникальный полупроводник, также известный как варактор или подстроечный диод. Он обеспечивает возможность использования емкости в зависимости от напряжения на p-n переходе устройства при обратном смещении.

2.     Тип варикапа и его применение

Ниже мы обсудим различные типы варикапа. Мы также изучили некоторые приложения компонента.

Типы

Сверхрезкие

 Сверхрезкие варакторные диоды обеспечивают более высокую емкость для изменения напряжения. Он также работает с низким напряжением.

Резкий

Самый распространенный тип, скачкообразные варакторные диоды, состоят из примеси постоянной концентрации. В этом случае его стык подвергается легированию, контролируемому в процессе изготовления. Кроме того, емкость остается обратно пропорционально напряжению, которое она получает.

Приложение

ВЧ-фильтры:

Настоящие варикапы также могут обеспечивать возможность настройки фильтра. Соответственно, это включает в себя внедрение приемников слежения во входных цепях, что позволяет им отслеживать входящие сигналы. Затем контролируемое напряжение регулирует эту функцию через цифро-аналоговый преобразователь.

Генераторы, управляемые напряжением (VCO):

Различные конфигурации ВЧ включают генераторы, управляемые напряжением, с варакторным диодом, особенно важным компонентом. Основная работа осцилляторов, в частности, включает в себя фазированные замкнутые контуры. По этой причине они обеспечивают приложения для синтезаторов частоты или демодуляторов ЧМ.

(Синтезаторы содержат ГУН, в котором используется варикап)

Частотные и фазовые модуляторы также используют варикапы. Частотные модуляторы обычно интегрируют их через электрический резонанс в генераторе, позволяя диоду принимать звук. В результате емкость будет выравниваться со звуком. Это приводит к тому, что частотный сигнал перемещается вверх и вниз, соответствуя изменениям емкости в данных обстоятельствах.

В фазовых модуляторах варикап включен в фазовращательную цепь, по которой протекает частотный сигнал. Диод принимает звук, заставляя фазу синхронизироваться с вариациями звука.

3. Принцип работы варикапа диода

Схема диода варикапа:

Символ цепи переменного диода:

Глядя на схематическое обозначение переменного диода ниже, вы увидите, что он имеет такие же характеристики, как и Диод с PN-переходом. Это потому, что варикап имеет анодную и катодную клеммы. Вы найдете диод, расположенный на одном конце символа. Между тем, противоположный конец содержит две параллельные линии, символизирующие проводящие пластины конденсатора. Наконец, пространство между этими двумя пластинами представляет собой изолирующий диэлектрик.

Формула:

Три параметра влияют на емкость варикапа. Они включают поперечное сечение PN-перехода (A), полупроводника (Ɛ) и ширину обедненной области (d). Например, вы найдете это в приведенной ниже формуле:

Принцип работы:

Нам нужно посмотреть на конденсатор, чтобы понять принцип работы варикапа. Конденсаторы обычно содержат две проводящие металлические пластины с изолирующим диэлектриком, расположенным между ними. Области P-типа и N-типа варикапа служат проводящими пластинами, а обедненная область представляет собой диэлектрик. Из-за своей конструкции и конструкции, аналогичной конденсатору, диод создает емкость.

(Варикап имеет сходные характеристики с конденсатором)

Емкость увеличивается, если увеличивается диэлектрическая проницаемость или расстояние между пластинами меньше. Однако большее расстояние между ними или уменьшение диэлектрической проницаемости приводит к уменьшению емкости. В то же время емкость варакторного диода пропорциональна площади поперечного сечения перехода. И это обратно пропорционально ширине области истощения. Таким образом, изменение емкости происходит за счет регулировки ширины обедненной области.

Таким образом, варикап в обратном смещении приведет к изменению области обеднения. Во-первых, область будет расширяться по мере увеличения обратного смещения. По сути, пространство между N-типом и P-типом увеличивается, что снижает емкость. Уменьшение обратного смещения приведет к сужению области истощения. В результате расстояние между областями N-типа и P-типа будет сокращаться, увеличивая емкость. Следовательно, подача различного напряжения обратного смещения на варикап изменяет емкость.

Основная операция:

Варикапный диод накапливает электрический заряд. В этом случае эти компоненты обычно работают при обратном смещении. Применение обратного напряжения смещения приведет к тому, что электроны n-области и дырки p-области отделятся от соединения устройства.

 

4. Эквивалентная схема варикапа

Варикап обычно содержит несколько основных компонентов, которые могут помочь при разработке эквивалентной схемы диода.

Различные паразитные элементы включают в себя:

• Rs (В): служит последовательным сопротивлением для диода. Он отличается в зависимости от полученного напряжения.
• CJ (V): Используемый здесь аспект демонстрирует переменную емкость перехода. Он также служит первичным элементом диода.
• LP: Соединение проводов в варикапе приводит к увеличению последовательной емкости.
• CP: Паразитная емкость. Соединительные провода в диоде вызовут увеличение паразитной емкости вокруг его соединения.

5. Температурный коэффициент конденсатора

Вы можете рассчитать температурный коэффициент емкости варикапа по следующей формуле: предвзятость. Например, мы рассмотрим значение, при котором C ₀ соответствует 29 пФ с VR 3 В, а T ₀ соответствует 25. Затем мы вычисляем изменение емкости варикапа. При значении VR TC _C будет отличаться. В результате максимальная частота устанавливается на 600 МГц. Затем вы можете рассчитать реактивное сопротивление варикапа по формуле:

Заключение

Как мы уже знаем, варикапы служат полезным компонентом в электронных и радиочастотных цепях. Кроме того, это устройство обладает теми же характеристиками, что и конденсатор, демонстрируя, как оно увеличивает или уменьшает емкость за счет изменения напряжения обратного смещения. Мы также рассмотрели некоторые из его приложений, включая ВЧ-фильтры, ГУН и модуляторы частоты и фазы. Как правило, сегодня существуют два типа варакторных диодов: резкий и сверхрезкий. Каждый из них служит своей уникальной цели для емкости.

Есть вопросы по варикапу? Не стесняйтесь связаться с нами!

Варакторный диод — пояснение, символ, работа, формула, характеристики, преимущества

Vedantu является лидером в области цифрового образования в Индии, и мы выполняем свою миссию по предоставлению качественных учебных материалов для каждой группы индийских студентов, которые могут быть доступным для них с легкостью. Записи и пояснения по различным темам можно найти на веб-сайте или в мобильном приложении Vedantu.

Что такое варакторный диод?

Варакторный диод известен как диод с p-n-переходом, внутренняя емкость которого может изменяться в результате приложения обратного напряжения смещения. Варакторные диоды работают в режиме обратного смещения. Они также известны как диоды Varicap или диоды с вольтовым конденсатором, что указывает на переменную емкость. Варакторный диод — это устройство, управляемое напряжением, т. Е. Выход варакторного диода зависит от подаваемого входного напряжения, поскольку его функция определяется приложенным напряжением. Варактор или варикап в основном используются для хранения зарядов.

Диоды — это электронные компоненты, используемые для направления потока электронов в одном направлении. Диоды — это устройства с двумя клеммами, которые в основном используются для защиты электронных схем путем управления напряжением, а также путем преобразования переменного тока в постоянный, но существует много разновидностей диодов, и все они имеют одинаковую базовую структуру диода, т. тип материала с n-типом, а также, в зависимости от требований и характера их характеристик, они подразделяются на выпрямительные диоды, стабилитроны, светоизлучающие диоды (СИД), диоды Шоттки, варакторные диоды и т. д.

Работа варакторного диода

Варакторный диод состоит из полупроводниковых компонентов p-типа и n-типа соответственно. Большинство носителей заряда в полупроводниковых материалах n-типа и p-типа представляют собой электроны и дырки соответственно. Эти диоды сконструированы путем соединения материала p-типа с материалом n-типа, что создает p-n-переход, а на переходе формируется обедненный слой. Ширина области истощения зависит от типа используемого метода смещения. Если диод находится в состоянии прямого смещения, область обеднения будет узкой и будет иметь место ток проводимости, а при обратном смещении область обеднения будет широкой и будет блокировать ток.

Эти варакторные диоды используются только в условиях обратного смещения, и ток не будет течь, так как область обеднения блокирует его ток. Основная функция варакторного диода заключается в хранении заряда, если мы используем прямое смещение, плотность зарядов, которые могут быть сохранены, будет равна нулю, поскольку им разрешено протекать, что нежелательно, поэтому он всегда работает в условиях обратного смещения.

Формулы варакторного диода

Емкость перехода варакторного диода обратно пропорциональна ширине обедненного слоя, т. е. если ширина области обеднения незначительна или мала, емкость перехода будет высокой. Таким образом, для увеличения накопительной емкости варакторного диода обедненный слой должен быть узким.

Математическое уравнение, определяющее емкость перехода варакторного диода: — Площадь p-n-перехода

Вт — Ширина области обеднения

Далее связь между емкостью перехода и напряжением обратного смещения определяется уравнением:

C = C’K/(V — V’) м

Где,

C — Емкость диода

C» — Емкость диода до смещения

K — Постоянная и равна 1

В — Напряжение барьера

В’ — Напряжение обратного смещения используется полупроводниковый материал.

Добротность варакторного диода определяется выражением,

Q = F/f

Где,

F — частота среза или максимальная рабочая частота

f — рабочая частота

Характеристики варакторных диодов

Варакторные диоды изготавливаются с целью получения определенной C-V кривой, которую можно получить, изменяя интенсивность легирования в процессе производства. В зависимости от типа легирования, будь то линейное или нелинейное легирование, варакторные диоды подразделяются на следующие два типа:0096

Преимущества варакторных диодов

Преимущества варакторных диодов:

• Они изготовлены таким образом, что размеры варакторных диодов компактны и легки.

• Они доступны по цене и экономичны.

• Производят относительно меньший шум по сравнению с другими диодами.

Основы, работа, характеристики и применение

В цифровых электронных схемах одним из основных основных устройств являются диоды. Диод состоит из двух выводов. Эти две клеммы, подключенные к источнику питания, обеспечивают проводимость. Способ подключения терминала классифицирует его как диод с прямым или обратным смещением. При прямом смещении диод пропускает через себя ток. При обратном смещении он блокирует протекание тока. Это обратное смещение используется в случае варикапа. В зависимости от характеристик напряжения и тока и требований диоды классифицируются как туннельные диоды, стабилитроны и так далее.

Диод, емкость которого изменяется при приложении обратного напряжения, называется варакторным диодом. Обычно диоды плохо работают в условиях обратного смещения. Но этот варакторный диод относится к специальной классификации диодов, которые хорошо работают при обратном напряжении.

Варакторный диод

Варакторный диод Основы

Поскольку целью этого диода является изменение значения емкости, отсюда и другое название этого диода — вольткап или варикап. При производстве особое внимание уделялось тому, чтобы по сравнению с обычными диодами он хорошо отличался переходной емкостью. Функциональность этого диода зависит от напряжения.

Как и обычный диод с P-N переходом, он представляет собой комбинацию материалов p-типа и n-типа. на основе использования областей p-типа и n-типа изготавливаются с использованием арсенида галлия или кремниевого материала. Использование материала может быть решено на основе частот. Если диод должен работать на низких частотах, предпочтителен кремний, в противном случае для более высоких частот используется арсенид галлия.

Подобно диоду с P-N-переходом, символ варактора состоит из двух выводов, известных как катод и анод. Где анод — это положительная сторона терминала, а катод будет отрицательным.

Символ варакторного диода

Работа варакторного диода

Чтобы понять принцип действия варакторного диода, необходимо знать конденсатор.

• Конденсатор является одним из электронных компонентов. Его цель — хранить заряд.
• Он разработан с использованием двух параллельных пластин, которые являются проводящими по своей природе и разделены средой диэлектрика.
• Уравнение емкости

с = ε А / Вт

• Из приведенного выше уравнения определено, что площадь конденсатора прямо пропорциональна значению емкости.

Варакторный диод Работа

Переменная емкость приводит к возникновению варакторного диода. Варакторный диод работает следующим образом:

• Базовый диод состоит из материалов р-типа и n-типа, которые считаются проводящими пластинами.
• Область обеднения считается диэлектриком.
• Область обеднения является важным фактором при определении значения емкости. Следовательно, эта концепция аналогична концепции конденсатора.
• Увеличение или уменьшение в области обеднения пропорционально приложенному обратному напряжению.
• Если приложенное обратное напряжение увеличивается, область обеднения увеличивается, и наоборот.
• В зависимости от приложенных значений обратного напряжения емкость может варьироваться.

Здесь варакторный диод сконструирован таким образом, что накапливает заряд, а не проводит. Проводимость возможна за счет подачи проходящих напряжений. Из-за применения прямого значения потенциала область истощения уменьшается. По этой причине варакторные диоды предпочитают работать с обратными напряжениями. Полученное изменение значения емкости измеряется в пикофарадах (пФ).

Перейдите по этой ссылке для получения информации о MCQ варакторов

Характеристики варакторных диодов

Характеристики варакторных диодов:

• Увеличение обратного напряжения увеличивает значение емкости.
• Функциональность диода зависит от режима обратного смещения диода.
• Они доступны в компактных размерах.
• Шум, создаваемый диодами этого типа, меньше по сравнению с другими диодами.
• Эти диоды считаются более надежными.

Области применения

Варакторные диоды применяются :

• Эти диоды используются в радиочастотном конструировании, где емкость может изменяться приложением или регулируемым напряжением.
• Эти диоды предпочтительнее использовать в таких приложениях, как тюнеры в фильтрах FR. Они размещаются перед фильтрами для определения частоты, полученной из входящих сигналов.
• Генератор, управляемый напряжением, использует такие схемы варакторных диодов.
• Эти диоды используются в схемах параметрического усиления.

Из-за используемой в нем методики изменения емкости, основанной на определенных значениях напряжения, наиболее применимыми областями таких диодов являются тюнеры и частотные модуляторы. Даже при генерации гармоник предпочтительны эти диоды с переменной емкостью.

Узнайте больше о MCQ на диодах Шоттки и MCQ на туннельных диодах.

Часто задаваемые вопросы

1). Для чего нужен варакторный диод?

Концепция изменения емкости за счет применения переменного диапазона напряжений доказала свою эффективность в радиочастотной промышленности. Эти диоды используются в тюнерах.

2). Для чего используется диод Шоттки?

Диод Шоттки предназначен для работы с низким напряжением. Он также известен как барьерный диод. Эти типы диодов используются в смесителях, радиочастотных устройствах, а также в выпрямителях с точки зрения силовых приложений.

3). В чем разница между диодом Шоттки и обычным диодом?

Обычный диод — это не что иное, как базовая версия диода P-N. Разница между обычным диодом и диодом Шоттки заключается в формировании перехода. В обычном диоде переход образован полупроводником P и N типов. Переход выполнен на N-типе и на металлической пластине для диодов Шоттки.

4). Какой диод используется в выпрямителе?

В зависимости от типа выпрямления выбираются диоды. Для выпрямления мощности используются диоды Шоттки или силовые диоды. Тогда как для выпрямления сигналов используются сигнальный диод или диоды с малым точечным контактом.

5). Почему PIN-диод быстрее?

PIN-диод состоит из полупроводниковых материалов p-типа и n-типа, при этом между ними зажата область, называемая собственной. Хотя он ниже с точки зрения выпрямления, наличие этой области делает работу PIN-диода более быстрой.

Варакторный диод полезен для приложений реального времени в цифровой электронике.