En varaktordiod, även kallad varicap, VVC (spänningsvariabel kapacitans eller inställningsdiod, är en typ av halvledardiod som har en variabel spänningsberoende kapacitans på dess p-n-korsning när enheten är omvänd förspänd.

Omvänd förspänning betyder i grunden när dioden utsätts för en motsatt spänning, vilket betyder en positiv spänning vid katoden och negativ vid anoden.

Hur en varaktordiod fungerar beror på den befintliga kapacitansen över diodens p-n-korsning medan den är i ett omvänd förspänt läge.

I detta tillstånd finner vi en region med otäckta laddningar som etableras över p-n-sidorna av korsningen, vilket tillsammans resulterar i en utarmningsregion över korsningen.

Denna utarmningsregion etablerar uttömningsbredd i enheten, symboliserad som Wd.

Övergången i kapacitansen på grund av de ovan förklarade isolerade otäckta laddningarna över p-n-korsningen kan bestämmas med formeln:

CT = e. A / Wd

var e är permittiviteten för halvledarmaterialen, TILL är p-n korsningsområde och W d är utarmningsbredden.

Hur det fungerar

Grundarbetet för en varicap eller en varaktordiod kan förstås med följande förklaring:

När en varaktor eller varicap-diod appliceras med en stigande omvänd förspänningspotential, resulterar det i en ökning av anordningens uttömningsbredd, vilket i sin tur får dess övergångskapacitet att minska.

Följande bild visar det typiska karakteristiska svaret för en varaktordiod.

Vi kan se den branta initiala nedgången i CT som svar på den ökade omvända biaspotentialen. Normalt är området för den applicerade omvända förspänningen VR för en variabel spänningskapacitansdiod begränsad till 20 V.

När det gäller den applicerade omvända förspänningen kan övergångskapacitansen approximeras med formeln:

CT = K / (VT + VR) ⁿ

I denna formel är K en konstant som bestäms av typen av halvledarmaterial som används och dess konstruktionslayout.

VT är knäpotential , som beskrivet nedan:

VR är mängden omvänd biaspotential som används på enheten.

n kan ha värdet 1/2 för varicap-dioder med legeringskorsning och 1/3 för dioder som använder diffusa korsningar.

I frånvaro av en förspänningsspänning eller vid en nollspänningsförspänning kan kapacitansen C (0) som funktion av VR uttryckas genom följande formel.

CT (VR) = C (0) / (1 + | VR / VT |) ⁿ

Varicap-ekvivalent krets

Standardsymbolerna (b) och en motsvarande ungefärlig krets (a) för en varicap-diod representeras i följande bild:

Höger sida visar en ungefärlig simuleringskrets för en varicap-diod.

“hur man gör ett soniskt vapen ”

Eftersom det är en diod och i det omvända förspända området visas motståndet i motsvarande krets RR betydligt stort (cirka 1 M ohm), medan det geometriska motståndsvärdet R är ganska litet. Värdet på CT kan variera mellan 2 och 100 pF beroende på vilken typ av varicap som används.

För att säkerställa att värdet RR är tillräckligt stort så att läckströmmen kan vara minimal, ett kiselmaterial väljs normalt för en varicap-diod.

Eftersom en varicap-diod är tänkt att användas specifikt i extremt högfrekventa applikationer kan induktansen LS inte ignoreras trots att den kan se liten ut i nanohenries.

Effekten av denna lilla induktans kan vara ganska betydande och kan bevisas genom följande reaktansberäkning .

XL = 2πfL, låt oss föreställa oss att frekvensen är 10 GHz och LS = 1 nH, genereras i en XLS = 2πfL = (6.28) (10¹⁰Hz) (10^-9F) = 62,8 ohm. Detta ser för stort ut, och utan tvekan är det därför varicap-dioder anges med en strikt frekvensgräns.

Om vi antar att frekvensområdet är lämpligt och att värdena för RS, XLS är låga jämfört med de andra serielementen, kan den ovan angivna ekvivalenta kretsen helt enkelt ersättas med en variabel kondensator.

Förstå datablad för en Varicap- eller Varactor-diod

Komplett datablad för en typisk varicap-diod kan studeras från följande bild:

Förhållandet mellan C3 / C25 i ovanstående figur visar förhållandet mellan kapacitansnivån när dioden appliceras med en omvänd förspänningspotential mellan 3 och 25 V. Förhållandet hjälper oss att få en snabb referens angående förändringsnivån i kapacitans med avseende på den applicerade omvända biaspotentialen.

De förtjänstfigur Q tillhandahåller övervägande för att implementera anordningen för en applikation, och det är också en hastighet av förhållandet mellan energi som lagras av den kapacitiva anordningen per cykel och den energi som förloras eller försvinner per cykel.

Eftersom förlusten av energi mestadels betraktas som ett negativt attribut, desto högre är det relativa värdet på förhållandet.

En annan aspekt i databladet är resonansfrekvensen för en varicap-diod. Och detta bestäms av formeln:

fo = 1 / 2π√LC

Denna faktor bestämmer applikationsområdet för varicap-dioden.

Kapacitans Temperaturkoefficient

Med hänvisning till ovanstående diagram, kapacitans temperaturkoefficient av en varicap-diod kan utvärderas med användning av följande formel:

där AC betyder variationerna i enhetens kapacitans på grund av temperaturförändring representerad av (T1 - T0), för en specifik omvänd biaspotential.

I ovanstående datablad visar det till exempel C0 = 29 pF med VR = 3 V och T0 = 25 grader Celsius.

Med hjälp av ovanstående data kan vi utvärdera förändringen i kapacitansen hos varicap-dioden, helt enkelt genom att ersätta de nya temperaturerna T1-värdet och TCC från diagrammet (0,013). Med den nya VR kan TCC-värdet förväntas variera därefter. Med hänvisning till databladet finner vi att den maximala frekvensen som uppnås är 600 MHz.

“3 -fas bldc motor arbetsprincip ”

Med hjälp av detta frekvensvärde kan reaktansen XL för varicap beräknas som:

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

Resultatet är en storlek som är relativt liten och det är acceptabelt att ignorera det.

Tillämpning av Varicap-diod

Få av de högfrekventa applikationsområdena för en varactor eller varicap-diod som bestäms av specifikationer med låg kapacitans är justerbara bandpassfilter, automatiska frekvensstyrningsenheter, parametriska förstärkare och FM-modulatorer.

Exemplet nedan visar varicap-diod implementerad i en avstämningskrets.