Варикап.

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, т.е. руками.

Цифровая техника избавила нас от этого, а взамен дала возможность управлять и настраивать устройства посредством кнопок и экранного меню. Всё это было бы невозможно без электронных компонентов, управляемых напряжением. К одному из таких электронных компонентов можно отнести варикап.

Варикап – это полупроводниковый диод, который изменяет свою ёмкость пропорционально величине приложенного обратного напряжения от единиц до сотен пикофарад. Так изображается варикап на принципиальной схеме.

Как видим, его изображение очень напоминает условное изображение полупроводникового диода. И это не случайно. Дело в том, что p-n переход любого диода обладает так называемой барьерной ёмкостью. Сама по себе барьерная ёмкость перехода для диода нежелательна. Но и этот недостаток смогли использовать. В результате был разработан варикап – некий гибрид диода и переменного конденсатора, ёмкость которого можно менять с помощью напряжения.

Как известно, при подаче обратного напряжения на диод, он закрыт и не пропускает электрический ток. В таком случае p-n переход выполняет роль своеобразного изолятора, толщина которого зависит от величины обратного напряжения (U_обр). Меняя величину обратного напряжения (U_обр), мы меняем толщину перехода – этого самого изолятора. А поскольку электрическая ёмкость C зависит от площади обкладок, в данном случае площади p-n перехода, и расстояния между обкладками – толщины перехода, то появляется возможность менять ёмкость p-n перехода с помощью напряжения. Это ещё называют электронной настройкой.

На варикап прикладывают обратное напряжение, что изменяет величину ёмкости барьера p-n перехода.

Отметим, что барьерная ёмкость есть у всех полупроводниковых диодов, и она уменьшается по мере увеличения обратного напряжения на диоде. Но вот у варикапов эта ёмкость может меняться в достаточно широких пределах, в 3 – 5 раз и более.

Положительные качества варикапа.

У варикапов очень маленькие потери электрической энергии и малый ТКЕ (температурный коэффициент ёмкости) поэтому их с успехом применяют даже на очень высоких частотах, где ёмкость конденсатора измеряется долями пикофарад. Это очень важно, так как если бы ёмкость варикапа была нестабильна из-за утечек (потери электрической энергии) и температуры (ТКЕ), то частота колебательного контура «уходила» и «гуляла», т.е. менялась. А это недопустимо! Познакомьтесь с колебательным контуром, и вы сразу поймёте насколько это важно.

Как работает варикап?

На рисунке показана типовая схема управления варикапом.

R2 – переменный резистор. С помощью винта по рабочей поверхности этого резистора перемещается ползунок, который плавно изменяет сопротивление, а, соответственно, и величину обратного напряжения (U_обр), подаваемого на варикап. Конденсатор С1 препятствует попаданию на индуктивность L1 постоянного напряжения.

Постоянный резистор R1 уменьшает шунтирующее действие резистора R2 на контур, что позволяет сохранить резонансные свойства контура. Как видим, ёмкость варикапа входит в состав колебательного контура. Меняя ёмкость варикапа, мы изменяем параметры колебательного контура и, следовательно, частоту его настройки. Так реализуется электронная настройка.

В современных цветных телевизорах есть такая функция – автонастройка (автопоиск) телеканалов. Нажимаем на кнопку, и весь диапазон сканируется на предмет наличия вещательных программ – телеканалов. Так вот этой функции просто бы не существовало, если бы не было варикапа.

В телевизоре управляющей схемой формируется плавно меняющееся напряжение настройки, которое и подаётся на варикап. За счёт этого меняются параметры колебательного контура приёмника (тюнера) и он настраивается на тот или иной телеканал. Затем происходит запоминание напряжения настройки на каждый из найденных телеканалов, и мы можем переключаться на любой из них, когда захотим.

Кроме обычных варикапов очень часто используют сдвоенные и строенные варикапы с общим катодом. Вот такой вид они имеют на принципиальных схемах.

Они используются, как правило, в радиоприёмных устройствах, где необходимо одновременно перестраивать входной контур и гетеродин с помощью одного потенциометра. Имеются так же обычные сборки, когда в одном корпусе размещается несколько варикапов электрически не связанные между собой.

Параметры варикапов.

Несмотря на то, что варикап разработан на базе диода, это всё-таки конденсатор и именно параметры, связанные с ёмкостью и являются основными. Вот лишь некоторые из них:

• Максимальное обратное постоянное напряжение (U_{обр. max.}). Измеряется в вольтах (В). Это максимальное напряжение, которое можно подавать на варикап. Напомним, что ёмкость варикапа уменьшается при увеличении обратного напряжения на нём.

• Номинальная ёмкость варикапа (С_В). Это ёмкость варикапа при фиксированном обратном напряжении. Поскольку варикапы выпускаются на различные значения ёмкости, начиная от долей пикофарады и до сотен пикофарад, то их ёмкость измеряют, подавая определённую величину обратного напряжения на варикап. Оно может быть равным 4 и более вольтам, и, как правило, указывается в справочных данных.

  Также может указываться минимальная и максимальная ёмкость варикапа (C

  min и C_maх). Это связано с тем, что параметры выпускаемых варикапов могут несколько отличаться. Поэтому в справочных данных указывают минимально- и максимально- возможную ёмкость варикапа при фиксированном обратном напряжении (U_обр). Это и есть C_max и C_min.

  У импортных варикапов обычно указывается только одна величина C_d (или C_д) – ёмкость варикапа при обратном напряжении, близком к максимальному. Например, для импортного варикапа BB133 ёмкость C_d = 2,6 pF (пФ) при обратном напряжении V_R = 28V.

• Коэффициент перекрытия по ёмкости (К_с).
  Этот параметр показывает отношение максимальной ёмкости варикапа к минимальной. Считается так:

Например, для отечественного варикапа КВ109А коэффициент перекрытия Кс равен 5,5. Ёмкость при U_обр = 25 В составляет 2,8 пФ (Это – C_min). Так как диапазон обратного напряжения для варикапа КВ109А составляет 3 – 25 вольт, то используя формулу, можно узнать ёмкость этого варикапа при обратном напряжении в 3 вольта. Оно составит 15,4 пФ.(Это – C_max).

В документации на импортные варикапы так же указывается коэффициент перекрытия. Он называется capacitance ratio. Формула, по которой считается этот параметр, выглядит так (для варикапа BB133).

Как видим, берётся ёмкость варикапа при обратном напряжении в 0,5V и в 28V. Так как ёмкость варикапа уменьшается при увеличении обратного напряжения на нём, то становиться ясно, что эта формула расчёта аналогична той, что применяется для расчёта Кс.

Все остальные параметры можно считать несущественными. В некоторых случаях необходимо обратить внимание на граничную частоту, но это не столь важно, поскольку варикапы уверенно работают во всём радио и телевизионном диапазоне.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Принцип работы и область применения варикапов

Обновлена: 24 Ноября 2022 7827 0

Поделиться с друзьями

Варикап – полупроводниковый диод, главным параметром которого является изменяемая под напряжением емкость. В устройстве применяется зависимость емкости p-n перехода и приложенного обратного напряжения. Среди основных характеристик варикапа: коэффициент перекрытия по емкости; общая емкость; постоянный обратный ток; постоянное обратное напряжение; рассеиваемая мощность. Область применения Работа варикапа актуальна при перестройке частоты узлов в электроаппаратуре. Устройства используются в частотозадающих электронных цепях, поскольку позволяют быстро и просто изменять рабочую частоту. Такое возможно, благодаря изменению емкости системы, которая меняется при изменении управляющего напряжения. Варикапы включены в схемы радиоприемников и беспроводных модулей для передачи данных, используются в устройствах, где задействованы частотозависимые цепи. Преимуществами использования полупроводниковых диодов с емкостью, зависящей от приложенного напряжения, являются: возможность увеличения количества одновременно перестраиваемых контуров; малые габариты узла настройки; снижение паразитных излучений, передаваемых от гетеродинов; возможность включения варикапов около контурных катушек; удобное сочетание фиксированной и плавной настройки, благодаря подаче ранее установленных управляющих напряжений; хорошее сопротивление механическому воздействию; согласованность с цепями АПЧ; надежность и отсутствие микрофонного эффекта; возможность автоматизированного поиска частоты и дистанционного управления. Схемы подключения варикапа В LC-генераторах транзисторного типа это устройство работает в качестве элемента емкостного сопротивления. Подключается к резонансному контуру последовательно или параллельно. Упрощенная схема подразумевает включение вместо конденсатора в параллельно резонансном контуре. Если разрабатывается модулятор, нужно предусмотреть подачу напряжения смещения величины на его выводы. В состав каскада включают цепь формирования напряжения смещения. Данный вид цепи в мини-передатчиках зачастую выполняется на резисторах. Схема параллельного колебательного контура образуется катушкой и емкостью полупроводника. Также в цепь включают разделительный конденсатор. Последовательное подключение подразумевает включение полупроводника последовательно с конденсатором контура или катушкой индуктивности. Применяются схемы, в которых варикап подключается комбинированно, с частичным включением. Маркировка отечественных варикапов Обозначение включает буквы и цифры. Первая буква или цифра указывает на материал изготовления. Вторая – на тип по функциональному назначению (обозначается буквой «В»). Третья цифра указывает на электрические свойства. Четвертая и пятая цифры показывают порядковый номер разработки. Шестая буква обозначает параметры варикапа. За что отвечает вариакап Электронно-дырочный, или p-n переход, если к нему приложено обратное сопротивление, имеет свойства конденсатора. При изменении напряжения, изменяется и толщина p-n перехода, а значит емкость между слоями полупроводника. Сам переход выступает диэлектриком. Данное явление описывает принцип работы варикапа (varicap). Устройство используется в качестве конденсатора переменной емкости, которая зависит от напряжения на переходе. При изменении напряжения можно изменить и емкость. Была ли статья полезна? Да Нет Оцените статью Что вам не понравилось? Другие материалы по теме Анатолий Мельник Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

Диоды с переменной емкостью (варикап диоды) | Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation

Эта страница частично использует JavaScript. Эта страница может работать неправильно, если эти функции не поддерживаются вашим браузером или настройка отключена.​
Пожалуйста, ищите необходимую информацию на следующих страницах:

Диод с переменной емкостью представляет собой продукт, в котором используются характеристики емкости обедненного слоя. Слой обеднения возникает в p-n переходе диода при приложении напряжения в обратном направлении, а толщина изменяется пропорционально обратному напряжению.

Следовательно, при увеличении приложенного обратного напряжения емкость уменьшается.

Это та же функция, что и увеличение расстояния между двумя электродами конденсатора. И наоборот, если обратное напряжение становится низким, емкость увеличивается.

Используется для настройки цепей и т. д. Поскольку частотные характеристики изменяются при изменении емкости, требуется большой коэффициент изменения емкости по сравнению с обычным диодом.

Рис. 2-8(a) Электрическая характеристика диода переменной емкостиРис. 2-8(b) Обозначение диода переменной емкостиРис. 2-8(c) Связь между обедненным слоем и емкостью диода с переменной емкостью

Важными характеристиками диода с переменной емкостью являются не прямое напряжение В _F  и характеристики переключения как у обычного диода, но значение емкости и ее изменение (зависимость от напряжения).

Глава II: Диоды

Функции выпрямительных диодов

Подробности

Прямая характеристика выпрямительных диодов (I _F -V _F Характеристика)

Подробности

FRD (диоды с быстрым восстановлением)

Подробности

Диоды регулятора напряжения (стабилитроны)

Подробности

Диод TVS (диод защиты от электростатического разряда)

Подробности

Разница между TVS-диодами и стабилитронами (1)

Подробности

Разница между TVS-диодами и стабилитронами (2)

Подробности

Диоды с барьером Шоттки (SBD)

Подробности

Характеристики обратного восстановления диодов с барьером Шоттки (SBD)

Подробности

Разница в зависимости от металла диодов с барьером Шоттки (SBD)

Подробности

Характеристики Применение различных диодов

Подробности

• Глава I: Основы полупроводников
• Глава III: Транзисторы
• Глава IV: ИС локального источника питания
• Глава V: Изоляторы/Твердотельные реле

Связанная информация

Откроется новое окно

Варактор – Специальные устройства – Твердотельные устройства

СПЕЦИАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

ВАРАКТОР или варикап, как показано на схеме ниже, представляет собой диод, который ведет себя как переменный конденсатор, а PN-переход работает как диэлектрик и пластины обычного конденсатора. Понимание того, как работает варактор, является важной предпосылкой для понимания полевых транзисторов, которые будут рассмотрены позже.

На рисунке ниже показан PN-переход. Вокруг соединения материалов P и N находится узкая область, в которой отсутствуют как положительно, так и отрицательно заряженные носители тока. Эта область называется областью истощения.

Размер области обеднения варакторного диода напрямую связан со смещением. Прямое смещение уменьшает область за счет отталкивания носителей тока к PN-переходу. Если приложенное напряжение достаточно велико (около 0,5 вольт для кремниевого материала), отрицательные частицы пересекают соединение и соединяются с положительными частицами, как показано на рисунке выше. Это прямое смещение вызывает уменьшение области истощения, создавая низкое сопротивление в PN-переходе и большой ток, протекающий через него. Это условие для диода с прямым смещением. С другой стороны, если к PN-переходу приложено напряжение обратного смещения, размер его обедненной области увеличивается по мере того, как заряженные частицы с обеих сторон удаляются от перехода. Это условие, показанное на рисунке ниже, создает высокое сопротивление между клеммами и пропускает небольшой ток (только в диапазоне микроампер). Это условие работы варакторного диода, который представляет собой не что иное, как специальный PN-переход.

Как видно из рисунка, изоляционный зазор, образованный обратным смещением варактора, сравним со слоем диэлектрического материала между пластинами обычного конденсатора. Кроме того, формула, используемая для расчета емкости

С = А К / д

Где:
A = площадь пластины
K = постоянное значение
d = расстояние между пластинами

может применяться как к варактору, так и к конденсатору. В этом случае размер изоляционного зазора варактора или области обеднения заменяется расстоянием между пластинами конденсатора. Изменяя напряжение обратного смещения, подаваемое на варактор, можно изменять ширину «зазора». Увеличение обратного смещения увеличивает ширину зазора (d), что уменьшает емкость (C) PN-перехода. Следовательно, емкость варактора обратно пропорциональна приложенному обратному смещению.

Отношение емкости варактора к изменению напряжения обратного смещения может достигать 10:1. На рисунке ниже показан пример отношения напряжения к емкости. Вид А показывает, что обратное смещение 3 вольта создает емкость варактора 20 пикофарад. Если обратное смещение увеличить до 6 вольт, как показано на рисунке B, область истощения расширится, и емкость упадет до 5 пикофарад. Каждое увеличение напряжения смещения на 1 вольт вызывает уменьшение емкости варактора на 5 пикофарад; таким образом, отношение изменений составляет 5 к 1. Конечно, любое уменьшение приложенного напряжения смещения вызовет пропорциональное увеличение емкости по мере сужения области истощения. Обратите внимание, что значение емкости невелико в диапазоне пикофарад.

Как правило, варакторы используются для замены настройки переменного конденсатора старого типа. Они используются в тюнинге. цепях более сложной аппаратуры связи и в других цепях, где требуется переменная емкость. Одним из преимуществ варактора является то, что он позволяет использовать постоянное напряжение для настройки схемы для простого дистанционного управления или функций автоматической настройки. Одним из таких применений варактора является конденсатор с регулируемой настройкой в ​​цепи резервуара приемника или передатчика, как показано на рисунке ниже.

На рисунке показано постоянное напряжение, ощущаемое на движке потенциометра Rl, которое можно регулировать в диапазоне от +V до -V. Постоянное напряжение, прошедшее через малое сопротивление радиочастотного дросселя L2, воздействует на варикап обратного смещения С3. Емкость C3 включена последовательно с C2, а эквивалентная емкость C2 и C3 подключена параллельно с емкостной цепью L1-C1. Следовательно, любое изменение постоянного напряжения на резисторе Rl изменит как емкость C3, так и резонансную частоту колебательного контура. Радиочастотный дроссель обеспечивает высокое индуктивное сопротивление на частоте бака для предотвращения загрузки бака на R1.