Kaip veikia „Varactor“ („Varicap“) diodai

Išbandykite Mūsų Instrumentą, Kaip Pašalinti Problemas





Varaktoriaus diodas, dar vadinamas varicap, VVC (kintamos įtampos arba derinimo diodas, yra puslaidininkio diodo tipas, kurio p-n sankryžoje yra kintama nuo įtampos priklausanti talpa, kai prietaisas yra atvirkštinis.

Atvirkštinis poslinkis iš esmės reiškia, kai diodas yra veikiamas priešingos įtampos, tai reiškia teigiamą įtampą katode ir neigiamą anode.



varikapas arba varaktoriaus diodas varicap varactor diodo simbolis

Varaktoriaus diodo veikimo būdas priklauso nuo esamos talpos per diodo p-n sandūrą, kai jis yra atvirkštinio įstrižinio režimo.

Esant tokiai būklei, visoje sankryžos p-n pusėse nustatomas neuždengtų krūvių regionas, kuris kartu lemia išsekimo sritį visoje sankryžoje.



Šis išeikvojimo regionas nustato išeikvojimo plotis įrenginyje, simbolizuotame kaip Wd.

Talpos perėjimą dėl aukščiau paaiškintų izoliuotų neuždengtų krūvių p-n sankryžoje galima nustatyti naudojant formulę:

CT = e. A / Wd

kur e yra puslaidininkinių medžiagų pralaidumas, Į yra p-n sankryžos plotas ir W d yra išeikvojimo plotis.

Kaip tai veikia

Pagrindinis varikapo ar varaktoriaus diodo veikimas gali būti suprantamas taip:

Kai varaktorius arba varicapo diodas yra naudojamas su didėjančiu atvirkštinio poslinkio potencialu, padidėja prietaiso išeikvojimo plotis, o tai savo ruožtu sumažina jo perėjimo talpą.

Šiame paveikslėlyje parodyta tipinė varaktoriaus diodo charakteristikų reakcija.

varikapo diodo charakteristikos

Mes galime pamatyti staigų pradinį CT kritimą, reaguodami į padidėjusį atvirkštinio šališkumo potencialą. Paprastai kintamos įtampos talpos diodo pritaikytos atvirkštinės įtampos VR diapazonas yra ribojamas iki 20 V.

Atsižvelgiant į taikomą atvirkštinę įtampą, perėjimo talpą galima apytiksliai apskaičiuoti pagal formulę:

CT = K / (VT + VR) n

Šioje formulėje K yra konstanta, nustatoma pagal naudojamos puslaidininkinės medžiagos tipą ir jos konstrukcinį išdėstymą.

VT yra kelio potencialas , kaip aprašyta toliau:

VR yra prietaisui pritaikyto atvirkštinio šališkumo potencialo dydis.

n gali turėti vertę 1/2 varicap diodams, naudojantiems lydinio jungtį, ir 1/3 diodams, naudojantiems difuzines jungtis.

Jei nėra įtampos įtampos arba kai įtampa yra nulinė, įtampa C (0) kaip VR funkcija gali būti išreikšta pagal šią formulę.

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

Varikapo ekvivalentinė grandinė

Standartiniai varikapo diodo simboliai (b) ir lygiavertė apytikslė grandinė (a) pavaizduoti šiame paveikslėlyje:

Dešinėje pusėje pavaizduota apytikslė varikapo diodo modeliavimo grandinė.

Būdamas diodu ir atvirkštinio įstrižainės srityje, atsparumas ekvivalentinėje grandinėje RR yra žymiai didelis (maždaug 1 M omų), o geometrinės varžos vertė Rs yra gana maža. KT vertė gali svyruoti nuo 2 iki 100 pF, priklausomai nuo naudojamo varikapo tipo.

Siekiant įsitikinti, kad RR vertė yra pakankamai didelė, kad nuotėkio srovė būtų kuo mažesnė, varikapo diodui paprastai parenkama silicio medžiaga.

Kadangi manoma, kad varikapo diodas yra specialiai naudojamas ypač aukšto dažnio programose, induktyvumo LS negalima ignoruoti, nors nanohanėse jis gali atrodyti mažas.

Šio mažo išvaizdos induktyvumo poveikis gali būti gana reikšmingas ir jį galima įrodyti šiais būdais reaktyvumo skaičiavimas .

Įsivaizduokime, kad dažnis, esant 10 GHz dažniui, o LS = 1 nH, generuos XLS = 2πfL = (6,28) (1010Hz) (10-9F) = 62,8 omai. Tai atrodo per didelis, ir be abejo, todėl varicap diodai yra nurodomi griežtai nustatant dažnio ribą.

Jei manysime, kad dažnių diapazonas yra tinkamas, o RS, XLS vertės yra mažos, palyginti su kitais serijos elementais, aukščiau nurodytą ekvivalentinę grandinę galima paprasčiausiai pakeisti kintamu kondensatoriumi.

„Varicap“ arba „Varactor“ diodo duomenų lapo supratimas

Išsamų tipinio varikapo diodo duomenų lapą galima ištirti iš šio paveikslo:

C3 / C25 santykis aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodo talpos lygio santykį, kai diodas naudojamas su atvirkštinio poslinkio potencialu nuo 3 iki 25 V. Šis santykis padeda mums greitai sužinoti apie pokyčio lygį talpa atsižvelgiant į taikomą atvirkštinio poslinkio potencialą.

nuopelnų figūra Q suteikia galimybę apsvarstyti, kaip įdiegti prietaisą programai, ir tai yra talpinio įtaiso per ciklą sukauptos energijos ir per ciklą prarastos arba išsklaidytos energijos santykis.

Kadangi energijos praradimas dažniausiai laikomas neigiamu požymiu, tuo didesnė santykinė santykio vertė, tuo geriau.

Kitas duomenų lapo aspektas yra varikapo diodo rezonansinis dažnis. Tai nustatoma pagal formulę:

fo = 1 / 2π√LC

Šis faktorius lemia varikapo diodo taikymo sritį.

Talpos temperatūros koeficientas

Remiantis aukščiau pateiktu grafiku, talpos temperatūros koeficientas varikapo diodas gali būti vertinamas pagal šią formulę:

kur ΔC reiškia prietaiso talpos pokyčius dėl temperatūros pokyčio, kurį rodo (T1 - T0), esant tam tikram atvirkštinio poslinkio potencialui.

Pavyzdžiui, aukščiau pateiktame duomenų lape jis rodo C0 = 29 pF, kai VR = 3 V ir T0 = 25 laipsniai Celsijaus.

Naudodamiesi aukščiau pateiktais duomenimis, galime įvertinti varikapo diodo talpos pokytį, paprasčiausiai pakeisdami naują temperatūrą T1 ir TCC iš grafiko (0,013). Turint naują VR, galima tikėtis, kad TCC vertė atitinkamai skirsis. Grįždami į duomenų lapą pastebime, kad didžiausias pasiekiamas dažnis bus 600 MHz.

Naudojant šią dažnio vertę, varikapo reaktyvumą XL galima apskaičiuoti taip:

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

Rezultatas yra santykinai mažas dydis ir priimtina jo nepaisyti.

Varicapo diodo taikymas

Nedaug varaktoriaus ar varikapo diodo aukšto dažnio taikymo sričių, nustatytų pagal mažos talpos specifikacijas, yra reguliuojami juostos filtrai, automatinio dažnio valdymo įtaisai, parametriniai stiprintuvai ir FM moduliatoriai.

Žemiau pateiktame pavyzdyje parodytas varicap diodas, įjungtas derinimo grandinėje.

Grandinę sudaro L-C bako grandinių derinys, kurio rezonansinį dažnį nustato:

fp = 1 / 2π√LC'T (aukštos Q sistema), kurio C'T lygis = CT + Cc, nustatomas taikant atvirkštinio poslinkio potencialą VDD.

Sukabinimo kondensatorius CC užtikrina reikiamą apsaugą nuo L2 ir naudojamos įtampos trumpalaikio polinkio.

Numatytiems sureguliuotos grandinės dažniams vėliau leidžiama pereiti prie didelės įvesties impedanso stiprintuvo tolesniam stiprinimui.




Pora: Elektroninė lietimo organų grandinė Kitas: SCR programų grandinės