Варикап что это такое. Варикап: принцип работы, характеристики и применение полупроводникового диода с переменной емкостью

Что такое варикап и как он работает. Каковы основные характеристики варикапа. Где применяются варикапы в электронике. Какие преимущества дает использование варикапов.

Что такое варикап и принцип его работы

Варикап (от англ. variable capacitance diode) — это полупроводниковый диод, емкость которого зависит от приложенного обратного напряжения. Другие названия этого устройства — варактор, вольт-емкостной диод.

Принцип работы варикапа основан на свойствах p-n перехода. При подаче обратного напряжения на p-n переход происходит расширение обедненной области, что приводит к уменьшению емкости диода. Чем больше обратное напряжение, тем шире обедненная область и меньше емкость варикапа.

Как изменяется емкость варикапа?

Емкость варикапа обратно пропорциональна корню квадратному из приложенного обратного напряжения:

• При увеличении обратного напряжения емкость варикапа уменьшается
• При уменьшении обратного напряжения емкость варикапа увеличивается
• Диапазон изменения емкости может составлять от единиц до десятков раз

Основные характеристики и параметры варикапов

Ключевыми характеристиками варикапов являются:

• Номинальная емкость — емкость при определенном обратном напряжении (обычно 4 В)
• Коэффициент перекрытия по емкости — отношение максимальной емкости к минимальной
• Добротность — отношение реактивного сопротивления варикапа к его активному сопротивлению
• Температурный коэффициент емкости
• Максимально допустимое обратное напряжение

Как выбрать варикап для конкретного применения?

При выборе варикапа следует учитывать:

1. Требуемый диапазон изменения емкости
2. Рабочую частоту схемы
3. Допустимые нелинейные искажения
4. Температурную стабильность
5. Максимальное рабочее напряжение

Области применения варикапов в электронике

Благодаря своим свойствам, варикапы нашли широкое применение в различных электронных устройствах:

• Системы автоматической подстройки частоты
• Схемы частотной модуляции и демодуляции
• Перестраиваемые генераторы и фильтры
• Умножители частоты
• Параметрические усилители

Почему варикапы используют в радиоприемниках?

В радиоприемниках варикапы применяются для электронной настройки на нужную частоту. Преимущества использования варикапов в радиоприемниках:

• Отсутствие механических частей
• Возможность дистанционного управления
• Высокая скорость перестройки
• Малые габариты
• Совместимость с микросхемами

Преимущества варикапов перед механическими конденсаторами переменной емкости

По сравнению с механическими конденсаторами переменной емкости варикапы обладают рядом важных преимуществ:

• Малые размеры и вес
• Отсутствие подвижных частей, высокая надежность
• Возможность электронного управления емкостью
• Высокое быстродействие при перестройке
• Широкий диапазон рабочих частот (до десятков ГГц)
• Возможность интеграции в микросхемы

В чем недостатки варикапов?

Несмотря на множество достоинств, варикапы имеют и некоторые недостатки:

• Нелинейная зависимость емкости от напряжения
• Ограниченный динамический диапазон
• Температурная зависимость характеристик
• Наличие паразитных параметров (сопротивление, индуктивность)

Особенности применения варикапов в электронных схемах

При использовании варикапов в электронных устройствах необходимо учитывать ряд важных моментов:

• Варикап всегда должен работать при обратном смещении
• Необходимо обеспечить развязку по постоянному току
• Следует учитывать нелинейность вольт-фарадной характеристики
• Для уменьшения нелинейных искажений применяют встречное включение варикапов
• Важно обеспечить температурную стабилизацию

Как правильно подключить варикап в схему?

Типовая схема включения варикапа содержит следующие элементы:

1. Источник управляющего напряжения
2. Резистор для ограничения тока
3. Разделительный конденсатор
4. Катушка индуктивности (в резонансном контуре)
5. Варикап

Перспективы развития и новые типы варикапов

Развитие технологии производства полупроводниковых приборов позволяет создавать новые типы варикапов с улучшенными характеристиками:

• Гиперабруптные варикапы с расширенным диапазоном перестройки
• Варикапы на основе гетероструктур
• Варикапы с пониженным уровнем шумов
• Интегральные варикапные сборки
• Варикапы для работы в терагерцовом диапазоне частот

Какие новые области применения открываются для варикапов?

Совершенствование варикапов позволяет использовать их в новых перспективных направлениях:

• Системы связи миллиметрового диапазона
• Адаптивные антенные решетки
• Перестраиваемые метаматериалы
• Квантовые вычислительные системы
• Терагерцовая спектроскопия

Маркировка и основные серии отечественных варикапов

Варикапы отечественного производства имеют буквенно-цифровую маркировку, содержащую следующую информацию:

• Первый элемент — буква К (кремний) или Г (германий)
• Второй элемент — буква В (варикап)
• Третий элемент — цифра, обозначающая группу варикапов
• Четвертый и пятый элементы — порядковый номер разработки

Какие серии отечественных варикапов наиболее распространены?

Среди отечественных варикапов широкое применение нашли следующие серии:

• КВ101-КВ109 — варикапы общего назначения
• КВ110-КВ114 — прецизионные варикапы
• КВ121-КВ124 — варикапы для УКВ диапазона
• КВС104, КВС111 — сдвоенные варикапы

Варикап | это… Что такое Варикап?

Не следует путать с переменным конденсатором.

См. также: Вариконд

Обозначение варикапа на схемах.

Варикап (от англ. vari(able) — «переменный», и cap(acity) — «ёмкость») — полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости p-n перехода от обратного напряжения. Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура, деления и умножения частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др.

Обратное напряжение на диоде.

При отсутствии внешнего напряжения в p-n-переходе существуют потенциальный барьер и внутреннее электрическое поле. Если к диоду приложить обратное напряжение, то высота этого потенциального барьера увеличится. Внешнее обратное напряжение отталкивает электроны в глубь n-области, в результате чего происходит расширение обеднённой области p-n-перехода, которую можно представить как простейший плоский конденсатор, в котором обкладками служат границы области.

В таком случае, в соответствии с формулой для ёмкости плоского конденсатора, с ростом расстояния между обкладками (вызванной ростом значения обратного напряжения) ёмкость p-n-перехода будет уменьшаться. Это уменьшение ограничено лишь толщиной базы, далее которой переход расширяться не может. По достижении этого минимума с ростом обратного напряжения ёмкость не изменяется.

Промышленностью выпускаются варикапы как в виде дискретных элементов (например, КВ105, КВ109, КВ110, КВ114, BB148, BB149), так и в виде варикапных сборок (например, КВС111).

Основные параметры

• Общая ёмкость — ёмкость, измеренная между выводами варикапа при заданном обратном напряжении.
• Коэффициент перекрытия по ёмкости — отношение ёмкостей при двух заданных значениях обратного напряжения на варикапе.
• Добротность — отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте к сопротивлению потерь при заданном значении ёмкости или обратного напряжения.
• Постоянный обратный ток — постоянный ток, протекающий через варикап при заданном обратном напряжении.
• Максимально допустимое постоянное обратное напряжение.
• Максимально допустимая рассеиваемая мощность.
• Температурные коэффициенты емкости и добротности — отношение относительного изменения емкости (добротности) варикапа к вызвавшему его абсолютному изменению температуры. В общем случае сами эти коэффициенты зависят от значения обратного напряжения, приложенного к варикапу.
• Предельная частота варикапа — значение частоты, на которой реактивная составляющая проводимости варикапа становится равной активной составляющей. Измерение предельной частоты производится при конкретных заданных обратном напряжении и температуре, которые в свою очередь зависят от типа варикапа.

Литература

• Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. — 4-е перераб. и доп. изд. — М.: Высшая школа, 1987. — С. 184—188. — 479 с. — 50 000 экз.

• Диоды и тиристоры / Чернышев А. А., Иванов В. И., Галахов В. Д. и др. ; Под общ. ред. А. А. Чернышева. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергия, 1980. — 176 с. — (Массовая радиобиблиотека. Выпуск 1005). — 190 000 экз.

Ссылки

• Варикап в БСЭ

Принцип работы и область применения варикапов

Обновлена: 24 Ноября 2022 6355 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.

Что такое варакторный диод? — Определение, символ, рабочая, характеристика и схема настройки

Определение: Диод, внутренняя емкость которого изменяется в зависимости от изменения обратного напряжения, такой тип диода известен как варакторный диод. Используется для хранения заряда. Варакторный диод всегда работает при обратном смещении и представляет собой полупроводниковое устройство, зависящее от напряжения.

Устройство, зависящее от напряжения, означает, что выход диода зависит от их входного напряжения. Т Варакторный диод используется там, где требуется переменная емкость, и эта емкость регулируется с помощью напряжения. Варакторный диод также известен как варикап, вольткап, переменная емкость напряжения или тюнинговый диод.

Обозначение варакторного диода

Обозначение варакторного диода аналогично обозначению диода с PN-переходом. Диод имеет два вывода, а именно анод и катод. Один конец символа состоит из диода, а другой их конец имеет две параллельные линии, которые представляют собой проводящие пластины конденсатора. Зазор между пластинами показывает их диэлектрик.

Работа варакторного диода

Варакторный диод изготовлен из полупроводниковых материалов n-типа и p-типа. В полупроводниковом материале n-типа электроны являются основными носителями заряда, а в материале p-типа основными носителями являются дырки. При соединении полупроводникового материала p-типа и n-типа образуется p-n-переход, а на PN-переходе создается обедненная область. Положительные и отрицательные ионы составляют обедненную область. Этот регион блокирует ток для входа из PN-региона.

Варакторный диод работает только при обратном смещении. Из-за обратного смещения ток не течет. Если диод включен в прямом смещении, ток начинает течь через диод, и их область обеднения становится меньше. Обедненная область не позволяет ионам перемещаться из одного места в другое.

Варакторный диод используется для накопления заряда, а не для протекания заряда . При прямом смещении общий заряд, хранящийся в диоде, становится равным нулю, что нежелательно. Таким образом, варакторный диод всегда работает при обратном смещении.

Формула дает емкость варакторного диода,

Где, ε – диэлектрическая проницаемость полупроводникового материала.
A – площадь PN-перехода
W – ширина области обеднения

Емкость варакторного диода увеличивается с увеличением n и p-области и уменьшается с увеличением области обеднения. Увеличение емкости означает, что больше зарядов хранится в диоде. Для увеличения емкости хранения заряда область обеднения (которая действует как диэлектрик конденсатора) диода должна быть небольшой.

Характеристика варакторного диода

Характеристическая кривая варакторного диода показана на рисунке ниже. Из графика видно, что при увеличении напряжения обратного смещения область обеднения увеличивается, а емкость диода уменьшается.

Преимущества варакторного диода

Ниже приведены преимущества варакторного диода.

1. Варакторный диод производит меньше шума по сравнению с другим диодом.
2. Это дешевле и надежнее.
3. Варакторный диод имеет небольшие размеры и меньший вес.

Варакторный диод в цепи настройки

На рисунке ниже показано, что D ₁ и D ₂ представляют собой два варакторных диода. Эти диоды обеспечивают переменное сопротивление в параллельном резонансном контуре. V _c — это напряжение постоянного тока, используемое для управления обратным напряжением диода.

Где,

L — это индуктивность цепи, измеряемая в Генри. Резонансная частота цепи выражается как C ₁ , а C ₂ представляет собой максимальное напряжение емкости диода

.

Варакторный диод — определение, символ, конструкция и работа

Варактор определение диода

Варактор диод p-n переходной диод, емкость которого варьируется путем изменения реверса Напряжение. Прежде чем перейти к варакторному диоду, давайте сначала посмотрим на конденсатор.

Что такое конденсатор?

конденсатор электронный компонент, хранящий электрическую энергию или электрический заряд в виде электрического поле.

Основной конденсатор состоит из двух параллельных проводящих пластин. разделены диэлектриком. Две проводящие пластины действуют как электроды, а диэлектрик действует как изолятор.

проводящий пластины являются хорошими проводниками электричества, поэтому их легко пропускают через них электрический ток. С другой стороны, диэлектрик является плохим проводником электричества, поэтому он не пропускает через себя электрический ток, но пропускает электрический поле или электрическая сила.

Когда напряжение подается на конденсатор таким образом, чтобы отрицательная клемма аккумулятора подключена к правому боковой электрод или пластину и положительный вывод батарея подключена к левому боковому электроду, конденсатор начинает накапливать электричество обвинение.

Потому что этого напряжения питания большое количество электронов начинает течет от минусовой клеммы аккумулятора через проводящий провод. Когда эти электроны попадают в правую боковая пластина, большое количество атомов в правой боковой пластине получает дополнительные электроны. Мы знаем это любой объект, который имеет большее количество электронов (отрицательный носители заряда), чем протоны (положительные носители заряда). говорят, что он заряжен отрицательно. Правая боковая пластина имеет большее число электронов, чем протонов. Итак, правая сторона пластина становится отрицательно заряженной из-за накопления дополнительные электроны.

свободные электроны в правой боковой пластине или электроде попытаются перейти в диэлектрик. Однако диэлектрик блокирует эти электроны.

Как в результате большое количество электронов накапливается на правая боковая пластина. Таким образом, правая боковая пластина становится отрицательно заряженный электрод.

диэлектрик блокирует поток носителей заряда (свободных электронов) но допускает электрическую силу, действующую отрицательно заряженным электрод.

Вкл. с другой стороны, электроны на левой боковой пластине испытывать сильную притягательную силу от положительного клемма аккумулятора. В результате большое количество электроны покидают левую боковую пластину и текут к плюсовая клемма аккумулятора. В результате положительный заряд накапливается на левой боковой пластине.

положительные и отрицательные заряды накапливаются на обеих пластинах оказывать друг на друга силу притяжения. Эта сила притяжения между пластинами есть не что иное, как электрическое поле между тарелки.

Мы известно, что емкость – это способность накапливать электрический обвинение. Таким образом, на обеих пластинах сохраняется заряд. Таким образом, есть существует емкость на обеих пластинах.

Что такое варакторный диод?

термин варактор происходит от переменного конденсатора. Варактор диод работает только в обратном смещении. Варактор диод действует как переменный конденсатор при обратном смещении.

Варактор диод также иногда называют варикапным диодом, диод, диод с переменным реактивным сопротивлением или переменная емкость диод.

Варакторный диод изготовлен таким образом, что он показывает Лучшее свойство переходной емкости, чем у обычного диоды.

Варактор диодная конструкция

Варакторный диод состоит из p-типа. и n-типа полупроводник. В полупроводнике n-типа свободные электроны являются основными носителями и дырками являются миноритарными перевозчиками. Таким образом, свободные электроны переносят большая часть электрического тока в полупроводнике n-типа. В р-типе полупроводник, дырки являются основными носителями и свободны электроны являются неосновными носителями. Таким образом, отверстия несут большую часть электрического тока в полупроводнике р-типа.

Когда полупроводник p-типа находится в контакте с n-типом полупроводник, p-n между ними образуется стык. Этот p-n переход Разделяет полупроводники p-типа и n-типа.

В p-n переход, истощение создается регион. Зона истощения – это область где подвижные носители заряда (свободные электроны и дырки) отсутствующий.

обедненная область состоит из положительных и отрицательных ионов (заряженные атомы). Эти положительные и отрицательные ионы не перемещаться из одного места в другое место.

обедненная область блокирует свободные электроны с n-стороны и дырки со стороны р. Таким образом, обедненная область блокирует электрический ток через p-n переход.

Варактор символ диода

символ варакторного диода показан на рисунке ниже. условное обозначение варакторного диода почти аналогично обычный диод с p-n переходом.

Два параллельные линии на стороне катода представляют собой два проводящих пластины и пространство между этими двумя параллельными линиями представляет собой диэлектрик.

Беспристрастный варакторный диод

Мы известно, что в полупроводнике n-типа большое количество свободные электроны присутствуют и в полупроводнике р-типа, имеется большое количество отверстий. свободные электроны и дырки всегда пытаются двигаться из области с более высокой концентрацией в область более низких концентраций.

Для свободные электроны, n-область — это область с более высокой концентрацией р-область — область более низкой концентрации. Для отверстий, p-область представляет собой область с более высокой концентрацией, а n-область область более низких концентраций.

Следовательно, в свободные электроны всегда пытаются перейти из n-области в p-область аналогично дыры всегда пытаются перейти из p-области в н-область.

Когда напряжение не подается, большое количество свободных электронов в n-регионы отталкиваются друг от друга и движутся навстречу р-регион.

Когда свободные электроны достигают p-n перехода, они испытывают сила притяжения от отверстий в р-области. Как В результате свободные электроны пересекают p-n-переход. в Аналогичным образом отверстия также пересекают p-n переход. Из-за поток этих носителей заряда, течет крошечный ток через диод в течение некоторого времени.

Во время В этом процессе некоторые нейтральные атомы вблизи перехода на n-стороне теряет электроны и становится положительно заряженным атомом (положительные ионы) аналогично некоторые нейтральные атомы вблизи переход на p-стороне получает дополнительные электроны и становится отрицательно заряженные атомы (отрицательные ионы). Эти положительные и отрицательные ионы, образующиеся на p-n переходе, есть не что иное, как область истощения. Эта обедненная область предотвращает дальнейшее ток через p-n переход.

Ширина истощения области зависит от количества добавленных примесей (количество допинга).

А сильно легированный варактор имеет тонкий обедненный слой в то время как слабо легированный варактор имеет широкое обеднение слой.

Мы знать, что изолятор или диэлектрик не позволяет электрический ток через него. Область истощения также не пропускать через него электрический ток. Таким образом, истощение область действует как диэлектрик конденсатора.

Мы знаем это электроды или токопроводящие пластины легко пропускают электрический ток через них. Полупроводник р-типа и n-типа также легко пропускают через них электрический ток. Итак, p-тип и n-тип полупроводник действует как электроды или проводящие пластины конденсатор. Таким образом, варакторный диод ведет себя как обычный конденсатор.

В ан несмещенный варактор, ширина истощения очень мала. Таким образом, емкость (хранение заряда) очень велика.

Как варактор диод работает?

Варакторный диод всегда должен работать в режиме обратного смещения. Потому что при обратном смещении электрический ток не течет. При подаче напряжения прямого смещения электрический ток течет через диод. В результате область истощения становится незначительным. Мы знаем, что область истощения состоит накопленных зарядов. Таким образом, накопленные заряды становятся незначительными что нежелательно.

А Варакторный диод предназначен для накопления электрического заряда, а не для проводить электрический ток. Таким образом, варакторный диод всегда должен быть работает в режиме обратного смещения.

Когда а прикладывается обратное напряжение смещения, электроны из n-области и дырки из р-области удаляются от стыка. Как В результате ширина обедненной области увеличивается, а емкость уменьшается.

Однако, если приложенное обратное напряжение смещения очень низкое, емкость будет очень большой.

Емкость обратно пропорциональна ширине обедненной области и прямо пропорциональна к площади поверхности p-области и n-области. Итак емкость уменьшается пропорционально ширине обедненной области увеличивается.

Если напряжение обратного смещения увеличивается, ширина область обеднения еще больше увеличивается, и емкость далее снижается.

Вкл. с другой стороны, если напряжение обратного смещения уменьшается, ширина обедненной области уменьшается, а емкость увеличивается.

Таким образом, увеличение напряжения обратного смещения увеличивает ширину области обеднения и уменьшает емкость варакторный диод.

уменьшение емкости означает уменьшение запаса обвинение. Поэтому напряжение обратного смещения должно поддерживаться на уровне минимум для достижения большой заряда хранения. Таким образом, емкость или переходную емкость можно изменять, изменяя Напряжение.

В а фиксированный конденсатор, емкость не будет изменяться, тогда как, переменный конденсатор имеет переменную емкость.

В а варикап, емкость меняется при изменении напряжения разнообразен. Таким образом, варакторный диод является конденсатором переменной емкости. Емкость варакторного диода измеряется в пикофарад (пФ).