Bagaimana Diod Varactor (Varicap) Berfungsi

Cuba Instrumen Kami Untuk Menghapuskan Masalah





Diod varactor, juga disebut varicap, VVC (voltan-kapasitans berubah-ubah, atau tuning diode, adalah sejenis diod semikonduktor yang memaparkan voltan yang bergantung pada kapasitansi pada persimpangan p-nnya apabila peranti dibalikkan secara berat sebelah.

Bias terbalik pada dasarnya bermaksud apabila diod mengalami voltan yang berlawanan, yang bermaksud voltan positif pada katod, dan negatif pada anod.



diod varicap atau varactor simbol diod varactor varikos

Cara diod varactor beroperasi bergantung pada kapasitansi yang ada pada persimpangan p-n diod semasa berada dalam mod bias terbalik.

Dalam keadaan ini, kita dapati kawasan caj yang tidak didedahkan dibuat di sisi p-n persimpangan, yang bersama-sama menghasilkan kawasan penipisan di seberang persimpangan.



Kawasan penipisan ini mewujudkan lebar penipisan dalam peranti, dilambangkan sebagai Wd.

Peralihan kapasitansi kerana caj terpencil terpencil yang dijelaskan di atas, di persimpangan p-n dapat ditentukan menggunakan formula:

CT = e. A / Wd

di mana e adalah kebolehmampuan bahan semikonduktor, KE adalah p-n kawasan persimpangan, dan W d adalah lebar penipisan.

Bagaimana ia berfungsi

Cara kerja asas varikos atau diod varactor dapat difahami dengan penjelasan berikut:

Apabila dara varactor atau varicap digunakan dengan potensi bias terbalik yang meningkat, mengakibatkan peningkatan lebar penipisan peranti, yang seterusnya menyebabkan kapasitansi peralihannya berkurang.

Gambar berikut menunjukkan tindak balas ciri khas dioda varactor.

ciri-ciri diod varicap

Kita dapat melihat penurunan awal CT yang curam sebagai tindak balas terhadap peningkatan potensi bias terbalik. Biasanya, julat untuk voltan bias terbalik VR yang digunakan untuk diod kapasitansi voltan berubah dihadkan kepada 20 V.

Berkenaan dengan voltan bias terbalik yang berlaku, kapasitansi peralihan dapat dihampiri dengan menggunakan formula:

CT = K / (VT + VR) n

Dalam formula ini, K adalah pemalar seperti yang ditentukan oleh jenis bahan semikonduktor yang digunakan dan susun atur konstruksinya.

VT adalah potensi lutut , seperti yang dijelaskan di bawah:

VR adalah jumlah potensi bias terbalik yang digunakan pada peranti.

n boleh mempunyai nilai 1/2 untuk diod varicap menggunakan simpang aloi, dan 1/3 untuk diod menggunakan persimpangan tersebar.

Sekiranya tiada voltan bias atau pada voltan sifar bias, kapasitansi C (0) sebagai fungsi VR dapat dinyatakan melalui formula berikut.

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

Litar Setara Varicap

Simbol piawai (b) dan litar perkiraan yang setara (a) dioda varicap ditunjukkan dalam gambar berikut:

Angka sebelah kanan menyediakan litar simulasi anggaran untuk diod varicap.

Menjadi diod dan di kawasan bias terbalik, rintangan pada litar setara RR ditunjukkan sangat besar (sekitar 1M Ohms), sementara nilai rintangan geometri Rs agak kecil. Nilai CT mungkin berbeza antara 2 dan 100 pF bergantung pada jenis varicap yang digunakan.

Untuk memastikan bahawa nilai RR cukup besar, sehingga arus kebocoran minimum, bahan silikon biasanya dipilih untuk diod varicap.

Oleh kerana diod varicap seharusnya digunakan secara khusus dalam aplikasi frekuensi yang sangat tinggi, induktansi LS tidak dapat diabaikan walaupun kelihatan kecil, di nanohenries.

Kesan dari induktansi yang kelihatan kecil ini boleh menjadi sangat ketara, dan dapat dibuktikan melalui yang berikut pengiraan reaktans .

XL = 2πfL, Mari kita bayangkan, frekuensi berada pada 10 GHz, dan LS = 1 nH, akan dihasilkan dalam XLS = 2πfL = (6.28) (1010Hz) (10-9F) = 62.8 Ohm. Ini kelihatan terlalu besar, dan tidak diragukan lagi inilah sebabnya mengapa diod varicap ditentukan dengan had frekuensi yang ketat.

Sekiranya kita anggap julat frekuensi sesuai, dan nilai RS, XLS rendah berbanding dengan elemen siri yang lain, litar setara yang ditunjukkan di atas dapat diganti dengan kapasitor berubah-ubah.

Memahami Lembaran Data dari Varicap atau Varactor Diode

Lembar data lengkap diod varicap boleh dikaji dari gambar berikut:

Nisbah C3 / C25 pada gambar di atas, menunjukkan nisbah tahap kapasitansi ketika diod diterapkan dengan potensi bias terbalik antara 3 hingga 25 V. Nisbah ini membantu kita untuk mendapatkan rujukan cepat mengenai tahap perubahan pada kapasitansi berkenaan dengan potensi bias terbalik yang digunakan.

The tokoh Merit Q memberikan berbagai pertimbangan untuk melaksanakan perangkat untuk aplikasi, dan ini juga merupakan kadar nisbah tenaga yang disimpan oleh peranti kapasitif per kitaran dengan tenaga yang hilang atau hilang setiap kitaran.

Oleh kerana kehilangan tenaga kebanyakannya dianggap sebagai atribut negatif, semakin tinggi nilai nisbah relatif, semakin baik.

Aspek lain dalam lembar data adalah frekuensi resonan diod varicap. Dan ini ditentukan oleh formula:

fo = 1 / 2π√LC

Faktor ini menentukan julat penggunaan diod varicap.

Pekali Suhu Kapasiti

Merujuk pada graf di atas, the pekali suhu kapasitansi diod varicap boleh dinilai menggunakan formula berikut:

di mana ΔC menandakan variasi kapasitansi peranti kerana perubahan suhu yang ditunjukkan oleh (T1 - T0), untuk potensi bias terbalik tertentu.

Dalam lembaran data di atas misalnya, ia menunjukkan C0 = 29 pF dengan VR = 3 V dan T0 = 25 darjah Celsius.

Dengan menggunakan data di atas, kita dapat menilai perubahan kapasitansi diod varicap, hanya dengan mengganti nilai T1 suhu baru dan TCC dari grafik (0.013). Dengan VR baru, nilai TCC diharapkan dapat berubah sesuai. Merujuk kembali ke lembar data, kami mendapati bahawa frekuensi maksimum yang dicapai adalah 600 MHz.

Dengan menggunakan nilai frekuensi ini, reaktansi XL varicap dapat dikira sebagai:

XL = 2πfL = (6.28) (600 x 1010Hz) (2.5 x 10-9F) = 9.42 Ohm

Hasilnya adalah besar yang agak kecil dan boleh diabaikan.

Pemakaian Varicap Diode

Beberapa kawasan aplikasi frekuensi tinggi dioda varactor atau varicap yang ditentukan oleh spesifikasi kapasitansi rendah adalah penapis jalur lebar yang boleh disesuaikan, peranti kawalan frekuensi automatik, penguat parametrik, dan modulator FM.

Contoh di bawah menunjukkan diod varicap dilaksanakan dalam litar penalaan.

Litar terdiri daripada gabungan litar tangki L-C, yang frekuensi resonannya ditentukan oleh:

fp = 1 / 2π√LC'T (sistem tinggi-Q) yang mempunyai tahap C'T = CT + Cc, yang ditubuhkan oleh VDD berpotensi kebalikan terbalik yang digunakan

Kapasitor gandingan CC memastikan perlindungan yang diperlukan terhadap kecenderungan pemendekan L2 voltan bias yang berlaku.

Frekuensi yang dimaksudkan dari rangkaian yang diselaraskan kemudiannya dibenarkan untuk berpindah ke penguat impedans input tinggi untuk penguatan selanjutnya.




Sebelumnya: Litar Organ Sentuhan Elektronik Seterusnya: Litar Aplikasi SCR