Varaktori diood, mida nimetatakse ka varicapiks, VVC (pinge-muutuv mahtuvus või häälestusdiood, on pooljuhidioodi tüüp, mille p-n ristmikul on muutuv pingest sõltuv mahtuvus, kui seade on vastupidine.

Pöördnihkus tähendab põhimõtteliselt seda, kui dioodile rakendatakse vastupidist pinget, see tähendab positiivset pinget katoodil ja negatiivset anoodil.

Varaktordioodi tööviis sõltub dioodi p-n ristmiku olemasolevast mahtuvusest, kui see on vastupidises kallutatud režiimis.

Selles olukorras leiame ristmiku p-n külgede ulatuses katmata laengute piirkonna, mille tulemuseks on kogu ristmiku ammendumispiirkond.

See ammendumispiirkond paneb paika ammendumise laius seadmes, sümboliseeritud kui Wd.

Ülalkirjeldatud isoleeritud katmata laengute tõttu üleminekut mahtuvuses üle p-n ristmiku saab määrata järgmise valemi abil:

CT = e. A / Wd

kus e on pooljuhtmaterjalide läbilaskvus, TO on p-n ristmiku ala ja W d on ammendumise laius.

Kuidas see töötab

Varicapi või varaktori dioodi põhitööd saab mõista järgmise selgitusega:

Kui varaktorit või varicap-dioodi rakendatakse kasvava vastupidise kallutamise potentsiaaliga, põhjustab seadme tühjenemise laiuse suurenemine, mis omakorda põhjustab selle ülemineku mahtuvuse vähenemise.

Järgmine pilt näitab varaktordioodi tüüpilist reaktsiooni.

Vastusena vastupidise eelarvamuse potentsiaali suurenemisele võime näha CT algset järsku langust. Tavaliselt on muutuva pinge mahtuvusdioodi suhtes rakendatud vastupidise eeljoonepinge VR vahemik 20 V.

Rakendatud vastupidise eelarvepinge osas saab siirdemahtuvust ligikaudse valemiga:

CT = K / (VT + VR) ⁿ

Selles valemis on K konstant, mis määratakse kasutatava pooljuhtmaterjali tüübi ja selle konstruktsioonilise paigutuse järgi.

VT on põlveliigese potentsiaal , nagu on kirjeldatud allpool:

VR on seadmele rakendatud vastupidise eelarvamuse potentsiaali suurus.

n sulamühendust kasutavate varicap-dioodide väärtus võib olla 1/2 ja hajutatud ristmikke kasutavate dioodide puhul väärtus 1/3.

Eelpingestuse puudumisel või nullpinge kallutamisel saab mahtuvust C (0) VR funktsioonina väljendada järgmise valemi abil.

CT (VR) = C (0) / (1 + | VR / VT |) ⁿ

Varicapi samaväärne vooluring

Varicap-dioodi standardsümbolid (b) ja samaväärne ligikaudne vooluahel (a) on kujutatud järgmisel pildil:

Parempoolsel joonisel on varicap-dioodi ligikaudne simulatsioonilülitus.

Dioodina ja vastupidises eelpingestatud piirkonnas on takistus ekvivalentses ahelas RR näidatud märkimisväärselt suurena (umbes 1 M oomi), samas kui geomeetrilise takistuse väärtus Rs on üsna väike. CT väärtus võib varieeruda sõltuvalt kasutatud varicapi tüübist vahemikus 2 kuni 100 pF.

“kõrgepingegeneraatori vooluahela skeem ”

Veendumaks, et väärtus RR on piisavalt suur, et lekkevool oleks minimaalne, varicap-dioodiks valitakse tavaliselt räni materjal.

Kuna varicap-dioodi kasutatakse spetsiaalselt äärmiselt kõrgsageduslikes rakendustes, ei saa induktiivsust LS ignoreerida, isegi kui see võib nanohügieenides tunduda väike.

Selle väikese välimusega induktiivsuse mõju võib olla üsna märkimisväärne ja seda saab tõestada järgmise abil reaktantsi arvutamine .

XL = 2πfL. Kujutame ette, et sagedus sagedusel 10 GHz ja LS = 1 nH genereeritakse XLS = 2πfL = (6.28) (10¹⁰Hz) (10^-9F) = 62,8 oomi. See tundub liiga suur ja kahtlemata seetõttu on varicap-dioodid määratud range sageduspiiranguga.

Kui eeldame, et sagedusvahemik on sobiv ja RS, XLS väärtused on võrreldes teiste seeriaelementidega madalad, võib ülaltoodud samaväärse vooluahela lihtsalt asendada muutuva kondensaatoriga.

Varicapi või Varactori dioodi andmelehe mõistmine

Tüüpilise varicap-dioodi täielikku andmelehte saab uurida järgmiselt jooniselt:

C3 / C25 suhe ülaltoodud joonisel näitab mahtuvuse taseme suhet, kui dioodi rakendatakse vastupidise eelpinge potentsiaaliga vahemikus 3 kuni 25 V. Suhe aitab meil saada kiiret teavet muutuste taseme kohta mahtuvus rakendatud vastupidise eelarvamuse potentsiaali suhtes.

The Meriti kuju Q pakub rakenduse jaoks seadme rakendamise kaalutluste vahemikku ning see on ka mahtuvusliku seadme tsükli jooksul salvestatud energia ja tsükli jooksul kaotatud või hajutatud energia suhe.

Kuna energia kadu peetakse enamasti negatiivseks atribuudiks, siis seda parem on suhte suhteline väärtus.

Teine andmelehe aspekt on varicap-dioodi resonantssagedus. Ja see määratakse valemiga:

fo = 1 / 2π√LC

See tegur otsustab varicap-dioodi rakendusala.

Mahtuvuse temperatuuri koefitsient

Viidates ülaltoodud graafikule, mahtuvuse temperatuuri koefitsient varicap-dioodi väärtust saab hinnata järgmise valemi abil:

kus ΔC tähistab seadme mahtuvuse muutusi temperatuuri muutustest, mida tähistab (T1 - T0), konkreetse vastupidise eelpinge korral.

Näiteks ülaltoodud andmelehel näitab see C0 = 29 pF VR = 3 V ja T0 = 25 kraadi Celsiuse järgi.

Kasutades ülaltoodud andmeid, saame hinnata varicap-dioodi mahtuvuse muutust, asendades graafikult lihtsalt uue temperatuuri T1 väärtuse ja TCC (0,013). Uue VR-i korral võib eeldada, et TCC väärtus varieerub vastavalt. Andmelehele tagasi viidates leiame, et maksimaalne saavutatud sagedus on 600 MHz.

Selle sageduse väärtuse abil saab varicapi reaktantsi XL arvutada järgmiselt:

“juhtide ja isolaatorite loetelu ”

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

Tulemuseks on suurusjärk, mis on suhteliselt väike ja on vastuvõetav seda ignoreerida.

Varicapi dioodi kasutamine

Vähesed varaktori või varicap-dioodi kõrgsageduslikest rakenduspiirkondadest, mis on määratud madala mahtuvusega spetsifikatsioonidega, on reguleeritavad ribalaiuse filtrid, automaatse sageduse juhtimisseadmed, parameetrilised võimendid ja FM-modulaatorid.

Allpool toodud näide näitab varicap-dioodi, mis on rakendatud häälestusahelas.