Варикап обозначение на схеме. Варикап: принцип работы, характеристики и применение в электронике

Что такое варикап и как он работает. Какие основные характеристики варикапа важны. Где применяются варикапы в современной электронике. Как выбрать подходящий варикап для схемы. Какие преимущества дает использование варикапов.

Что такое варикап и принцип его работы

Варикап (варикапный диод) — это полупроводниковый диод, емкость которого меняется в зависимости от приложенного обратного напряжения. Принцип работы варикапа основан на изменении ширины обедненного слоя p-n перехода при изменении обратного напряжения:

• При увеличении обратного напряжения ширина обедненного слоя увеличивается
• Это приводит к уменьшению емкости p-n перехода
• При уменьшении обратного напряжения емкость увеличивается

Таким образом, варикап работает как конденсатор переменной емкости, управляемый напряжением. Это позволяет использовать его для электронной настройки колебательных контуров.

Основные характеристики и параметры варикапов

При выборе варикапа для конкретной схемы важно учитывать следующие основные параметры:

• Диапазон изменения емкости (минимальная и максимальная емкость)
• Коэффициент перекрытия по емкости (отношение максимальной емкости к минимальной)
• Добротность на рабочей частоте
• Максимальное допустимое обратное напряжение
• Температурный коэффициент емкости

Чем выше коэффициент перекрытия и добротность, тем лучше варикап подходит для использования в колебательных контурах. Низкий температурный коэффициент обеспечивает стабильность параметров при изменении температуры.

Применение варикапов в электронных схемах

Благодаря своим уникальным свойствам варикапы нашли широкое применение в различных областях электроники:

• Электронная настройка радиоприемников и телевизоров
• Генераторы, управляемые напряжением (ГУН)
• Системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ)
• Параметрические усилители СВЧ диапазона
• Умножители частоты
• Фазовращатели

Особенно широко варикапы используются в схемах автоматической настройки частоты. Это позволяет реализовать функции автопоиска станций в радиоприемниках и телевизорах.

Преимущества использования варикапов

По сравнению с механическими конденсаторами переменной емкости варикапы имеют ряд важных преимуществ:

• Отсутствие движущихся частей, высокая надежность
• Малые габариты и вес
• Возможность дистанционного управления
• Высокое быстродействие
• Низкий уровень шумов
• Возможность работы на высоких частотах

Эти преимущества обусловили широкое распространение варикапов в современной радиоэлектронной аппаратуре, особенно в устройствах с цифровым управлением.

Типы и маркировка варикапов

Варикапы выпускаются в различных корпусах и имеют буквенно-цифровую маркировку. Основные типы варикапов:

• Одиночные варикапы (например, КВ102, КВ109)
• Сдвоенные варикапы с общим катодом (КВ121, КВ124)
• Строенные варикапы с общим катодом (КВ130, КВ132)

В маркировке варикапов буквы «КВ» означают «конденсатор варикапный». Цифры указывают на конкретную модель. Импортные варикапы имеют свою систему маркировки (например, BB112, BB131).

Схемы включения варикапов

При использовании варикапов в электронных схемах важно правильно организовать цепи подачи управляющего напряжения и развязки по постоянному току. Типовая схема включения варикапа содержит:

• Разделительный конденсатор для исключения влияния постоянной составляющей
• Резистор для подачи управляющего напряжения
• Фильтрующие цепи для устранения помех по цепи управления

В некоторых схемах применяют последовательное или параллельное включение нескольких варикапов для расширения диапазона перестройки.

Особенности выбора варикапов для конкретных применений

При выборе варикапа для конкретной схемы необходимо учитывать следующие факторы:

• Требуемый диапазон изменения емкости
• Рабочую частоту схемы
• Допустимый уровень нелинейных искажений
• Температурный диапазон работы устройства
• Требования к стабильности параметров

Для высокочастотных схем важно выбирать варикапы с низкой паразитной индуктивностью выводов. В прецизионных устройствах необходимо обращать внимание на температурную стабильность емкости варикапа.

Измерение параметров и проверка варикапов

Для оценки качества и соответствия параметров варикапа заявленным характеристикам используются следующие методы измерений:

• Измерение вольт-фарадной характеристики
• Определение добротности на разных частотах
• Измерение обратного тока утечки
• Проверка температурной стабильности емкости

Простейшая проверка работоспособности варикапа может быть выполнена с помощью цифрового мультиметра в режиме измерения емкости при подаче различных обратных напряжений.

Перспективы развития и новые типы варикапов

Развитие технологий производства полупроводниковых приборов позволяет создавать варикапы с улучшенными характеристиками:

• Гиперабруптные варикапы с расширенным диапазоном изменения емкости
• Варикапы на основе структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП)
• Интегральные варикапные матрицы для СВЧ применений

Новые типы варикапов позволяют расширить области их применения и улучшить параметры электронных устройств. Ведутся разработки варикапов на основе новых полупроводниковых материалов.

что это какое, применение, маркировка (обозначение )и способы проверки

Содержание:

Варикап – это одна из разновидностей полупроводниковых диодов. Главным его свойством является барьерная емкость при приложении к ней так называемой обратного напряжения. Минусовой полюс подключается в этом случае к плюсовому выходу самого варикапа. Когда подается управляющее напряжение, допусти низкочастотный сигнал, он приводит изменение в величине того самого обратного тока на обоих электродах варикапа.

Используются эти радиодетали при построении схем модуляторов в роли переменной емкости, которая управляется электрическим путем, а не механическим. В статье будут описаны все тонкости устройства варикапов, где они используются и для чего. Также по данной теме содержится видеоролик и подробная статья.

Варикап: вид сверху и снизу.

Что представляет собой варикап

Представленный компонент является полупроводниковым диодом. Его работа основана на применении зависимости между емкостью и обратным напряжением. Важными показателями варикапа считаются добротность, рассеиваемая мощность, общая емкость и коэффициент перекрытия по ней, постоянный обратный ток и напряжение.

При помощи таких элементов производится электронная настройка контуров колебательного типа в радиоприемных устройствах и средствах связи. Для использования их опций в схему обязательно включается обратное напряжение. При его подаче на диод происходит изменение величины емкости барьера. Она может варьироваться в широких пределах, что отличает варикап от компонентов со схожими функциями.

Обозначение варикапа на схеме

Преимущества применения варикапов

Эти элементы используются там, где нужно изменять емкость. Чаще всего они встречаются в схемах приборов, принимающих радиосигналы. Сюда относятся телевизионные тюнеры и традиционные радиоприемники. Наиболее ярким примером действия варикапа является опция «автопоиск каналов», давно ставшая обязательной в современных телевизорах. Разрабатываются варикапы на основании диодов, но по сути они являются конденсаторами. Их основными положительными качествами выступают:

• низкий уровень потерь электроэнергии;
• незначительный коэффициент температурной емкости;
• небольшая стоимость;
• надежность и продолжительный срок службы.

На практике весьма успешно диоды КВ используются на предельно высоких частотах, в условиях, где емкость конденсатора достигает долей пикофарад. Благодаря им удается избежать изменений частоты колебательного контура, что недопустимо для оборудования. Существует несколько видов варикапов. Таблица с полной справочной информацией по ним представлена ниже:

Таблица основных параметров варикапов.

Помимо обычных компонентов, выпускаются сдвоенные, а также строенные аналоги, которые соединены одним катодом. Найти можно и классические сборки. Это корпуса с несколькими варикапами, отличающиеся отсутствием электрической связи.

Варикап.

Номинальная емкость

Номинальная емкость варикапа представляет его барьерную емкость при заданном напряжении смещения. На основании зависимости барьерной емкости от приложенного к выводам варикапа обратного напряжения строится так называемая вольт-фарадная характеристика варикапа, имеющая участок, форма которого близка к линейной. Для того чтобы варикап работал именно на этом участке характеристики, на его электроды следует подать исходное напряжение смещения, величина которого определяет положение рабочей точки варикапа, то есть его номинальную барьерную емкость.

[stextbox id=’info’]Под коэффициентом перекрытия по емкости в рабочем интервале напряжений понимается отношение общих емкостей варикапа при двух заданных значениях обратного напряжения. Обычно определение данного коэффициента производится для емкостей в рабочем интервале напряжений, то есть коэффициент перекрытия по емкости представляет собой отношение максимальной и минимальной емкостей варикапа.[/stextbox]

Значение максимальной рабочей частоты определяет граничную частоту, при превышении которой основные параметры варикапа перестают соответствовать паспортным данным. Добротность конденсатора, роль которого выполняет варикап, рассчитывается как отношение реактивного сопротивления на заданной частоте к сопротивлению потерь при заданной емкости варикапа или обратном напряжении.

Особого внимания заслуживает температурный коэффициент варикапа, который характеризует зависимость величины его емкости от температуры окружающей среды. Помимо указанных параметров при выборе варикапа для каскада модуляции миниатюрного радиопередатчика следует обратить внимание на такие параметры, как максимальная рассеиваемая мощность, максимально допустимое обратное постоянное напряжение, а также постоянный обратный ток при этом напряжении.

Материал по теме: Что такое реле контроля.

Основные схемы включения варикапа

Одним из основных способов осуществления модуляции в транзисторных микропередатчиках является воздействие модулирующего НЧ-сигнала на параметры селективного элемента ВЧ-генератора. Селективный элемент обычно представляет собой резонансный контур, образованный параллельно включенными катушкой индуктивности и конденсатором.

Изменение параметров входящей в состав контура катушки индуктивности в миниатюрных радиопередатчиках довольно затруднительно, поскольку соответствующие схемотехнические решения весьма сложны, а их реализация трудоемка. В то же время применение варикапа, доступного и дешевого полупроводникового элемента, емкость которого можно изменять, непосредственно подавая на его выводы модулирующее напряжение, значительно упрощает решение задачи. Поэтому схемотехнические решения модуляторов на варикапах, обеспечивающие частотную модуляцию ЧМ-сигнала с весьма приемлемыми параметрами, пользуются особой популярностью.

В транзисторных LC-генераторах варикап в качестве элемента с емкостным характером комплексного сопротивления может быть подключен к резонансному контуру как параллельно, так и последовательно. Упрощенные принципиальные схемы включения варикапа параллельно резонансному контуру (без цепей формирования напряжения смещения варикапа) приведены на рис. 4.1. Отличительной особенностью схемотехнического решения, изображенного на рис.  4.1б, является включение варикапа вместо конденсатора параллельного резонансного контура.

При разработке модулятора на варикапе не следует забывать о том, что для функционирования этого полупроводникового прибора в штатном режиме на его выводы следует подавать напряжение смещения определенной величины. Поэтому в состав модулирующего каскада необходимо включить соответствующую цепь формирования напряжения смещения варикапа. Такая цепь в миниатюрных транзисторных передатчиках обычно выполняется на резисторах.

Параллельный колебательный контур образован катушкой индуктивности L1 и емкостью варикапа VD1. Резонансная частота контура может изменяться при изменении величины обратного напряжения на варикапе, которое зависит от положения движка потенциометра R2. Для того чтобы уменьшить шунтирующее влияние потенциометра R2 на добротность контура, в цепь включен резистор R1, имеющий сравнительно большое сопротивление. Также в состав цепи включен разделительный конденсатор С1, без которого варикап VD1 оказался бы замкнут накоротко через катушку L1.

Схема строения варикапа.

Аналогичные схемы включения варикапа используются и в транзисторных трехточечных LC-генераторах. Широкое распространение получили схемотехнические решения, в которых варикап подключается параллельно катушке индуктивности (в индуктивных трехточках), а также параллельно одному из конденсаторов емкостного делителя ВЧ-генератора (в емкостных трехточках). Весьма разнообразны схемотехнические решения модуляторов с применением варикапа, предназначенные для модуляции сигнала генераторов с кварцевой стабилизацией частоты.

При создании таких конструкций приходится, с одной стороны, добиваться высокой стабильности частоты генератора с помощью кварцевого резонатора, а с другой – обеспечивать возможность изменения этой частоты по закону модулирующего сигнала. Обычно при разработке транзисторных микропередатчиков для ВЧ-генератора с кварцевой стабилизацией частоты выбираются осцилляторные схемы, в которых кварцевый резонатор используется в качестве элемента с индуктивным характером комплексного сопротивления в резонансном контуре. В этом случае варикап, как элемент с изменяемой по закону модуляции емкостью, может быть подключен как последовательно, так и параллельно кварцевому резонатору.

Варикап на схеме.

Расчет характеристик

Управляемые напряжением полупроводниковые конденсаторы переменной емкости – варикапы – приборы с сильно выраженной нелинейностью. По этой причине в цепях, где к варикапу приложено переменное напряжение относительно большой амплитуды, он способен преподнести сюрприз. По сути, варикап – это обратносмещенный полупроводниковый диод. Прямая ветвь его вольт-амперной характеристики, принципиальная для основного назначения диода (выпрямление, детектирование), для варикапа несущественна. В общем случае в качестве варикапа можно использовать (и на практике это нередко реализуют) диод и даже коллекторный или змиттерный переход биполярного транзистора.

В отличие от полупроводниковых диодов, у варикапов нормируют (и, разумеется, обеспечивают при производстве) емкость р-n перехода при определенном напряжении смещения на нем и добротность. Заметим, что добиться добротности варикапа, заметно превышающей добротность контурной катушки, непросто. Это объясняется тем, что в варикапе, как и в любом диоде, последовательно с р-n переходом всегда включено сопротивление базовой области полупроводника, а параллельно – эквивалентное сопротивление, обусловленное обратным током через переход. Относительно низкая добротность варикапа подразумевает, в частности, необходимость учитывать ее при расчете добротности колебательного контура

Варикап.

Зависимость емкости р-n перехода от приложенного к нему обратного напряжения имеет степенной характер вида С-U-n, где значение параметра n может находиться в пределах от 0,33 до 0,5 (определяется технологией изготовления перехода). На рис. 1 показана типовая вольт-фарадная характеристика варикапа Д902, построенная в линейных координатах. Подобные характеристики можно найти в справочной литературе. Они позволяют определить емкость варикапа при различных значениях напряжения смещения.

Материал в тему: Что такое кондесатор

Однако предпочтительнее иметь дело с вольт-фарадной характеристикой варикапа, построенной в “двойном” (т. е. по обеим осям) логарифмическом масштабе. Известно, что степенная функция выглядит в таком масштабе как прямая линия, причем тангенс угла ее наклона к оси ординат численно равен показателю степени функции. На рис. 2 показан этот график для варикапа Д902. Измерив обычной линейкой стороны прямоугольного треугольника ABC, получаем для модуля показателя степени значение 0,5 (АВ/ВС). Падающий характер характеристики говорит о том, что этот показатель имеет минусовой знак. Таким образом, зависимость емкости варикапа Д902 от приложенного напряжения имеет вид С = U-0.5.

Сказанное выше относится к “классическим” варикапам. Для увеличения эффективности управления современными варикапами при их изготовлении принимают специальные технологические меры, поэтому и вольт-фарадные характеристики могут иметь уже не столь простой вид. Поскольку вольт-фарадная характеристика варикапа нелинейна, его использование в аппаратуре неизбежно приводит к появлению искажений. Немецкий радиолюбитель Ульрих Граф (DK4SX) провел измерения интермодуляционных искажений второго и третьего порядков в различных полосовых фильтрах, содержащих полупроводниковые диоды (Ulrich Graf. Intermodulation an passiven Schaltungsteilen. – CQ DL, 1996, № 3, s. 200-205). Он подавал на вход фильтра (входное сопротивление 50 Ом) два сигнала с уровнем +3 дБ (10 мВ на сопротивлении 50 Ом) и анализировал спектр выходного сигнала. Значения частоты входных сигналов Граф выбирал так, чтобы продукты интермодуляции попадали в полосу пропускания фильтра.

В одном из экспериментов в двуконтурном входном полосовом фильтре постоянные конденсаторы, входящие в колебательные контуры, были заменены варикапами. Интермодуляционные составляющие второго порядка на выходе фильтра при этом возросли по уровню на 10 дБ, а третьего – почти на 50 дБ! Иными словами, варикапы во входных цепях приемников способны ухудшить их реальную избирательность, хотя, скорее всего, они так “сработают” лишь в аппаратуре относительно высокого класса (связная техника). Впрочем, и в приемнике среднего класса интермодуляция на входном варикапе может стать существенной, если приемник эксплуатируют вблизи передающих устройств.

Есть, однако, узлы, в которых к варикапу принципиально должно быть подведено относительно большое переменное напряжение – речь идет о генераторах. Как же определить границу зоны нормальной работы варикапа в генераторе? Можно, например, измерять переменное напряжение на варикапе и сравнивать его с управляющим.

Интересно почитать: маркировка различных диодов.

Для этого необходим ВЧ вольтметр с высоким входным сопротивлением и малой входной емкостью (чтобы его подключение не изменяло режима работы генератора). Минимально допустимое управляющее напряжение на варикапе можно определить, не нарушая режима работы генератора, и с помощью частотомера. Его подключают к выходу генератора и снимают зависимость крутизны управления генератором от управляющего напряжения.

График напряжения варикапа.

Крутизна управления – зто отношение изменения частоты генератора к вызвавшему его заданному изменению управляющего напряжения – ΔF/ΔU. При полном включении варикапа в контур крутизна может, например, быть описана степенной функцией (по крайней мере, для Д902), показатель которой зависит от вида вольт-фарадной характеристики варикапа. Вспомним (см. выше), что такая функция, если ее построить в “двойном” логарифмическом масштабе, представляет собой прямую линию.

[stextbox id=’info’]Если варикап начнет выходить из нормального режима работы, характер зависимости крутизны от управляющего напряжения изменится. Это справедливо и в более общем случае, когда варикап включен в контур не полностью или его вольт-фарадная характеристика – не степенная функция.[/stextbox]

Поскольку вольт-фарадная характеристика нелинейна, измерения следует вести в определенной последовательности. Установив некоторое управляющее напряжение Uynp, определяют частоту генератора Fr. Затем сначала уменьшают зто напряжение до Uyпр – ΔUynp, а потом увеличивают до Uynp + ΔUynp и считывают по табло частотомера соответствующие значения частоты Fr1 и Fr2.

График напряжения варикапа.

Крутизну управления при управляющем напряжении Uyпр рассчитывают по формуле ΔF/ΔU = (Fr2-Fr1)/2ΔUynp. Абсолютное значение изменения напряжения ΔUyпp должно быть минимальным, но таким, при котором можно надежно фиксировать изменение частоты генератора. Затем устанавливают другое значение управляющего напряжения Uупр и повторяют измерения. Такая методика уменьшает влияние нелинейности вольт-фарадной характеристики варикапа на точность измерения крутизны управления. Результаты измерений крутизны управления частотой генератора с полным включением варикапа в контур (см. рис. 3) представлены на рис. 5. Видно, что при управляющем напряжении на варикапе ниже 3,5 В он выходит из нормального режима. Иначе говоря, для указанного генератора это напряжение и будет критическим.

При дальнейшем уменьшении управляющего напряжения наклон кривой может вообще изменить свой знак! Происходит это из-за уже упоминавшегося выпрямления высокочастотного напряжения, приложенного к варикапу. Выпрямленное напряжение вычитается из управляющего и начинает преобладать над ним. Если описанная ситуация произойдет, например, с гетеродином вашего приемника, будет чему удивляться. Представьте себе – при вращении в одну и ту же сторону ручки переменного резистора “Настройка” частота приема сначала изменяется в одном направлении, затем практически перестает изменяться, а потом может пойти обратно.

Различные варикапы.

Сфера использования

В настоящее время в транзисторных микропередатчиках и радиомикрофонах широкое распространение получили схемотехнические решения модуляторов, в которых в процессе модуляции в соответствии с мгновенным значением уровня модулирующего сигнала изменяются параметры и режимы работы активного элемента ВЧ-генератора, то есть биполярного или полевого транзистора.

Отдельную группу составляют схемы модуляторов с использованием варикапов, изменение емкости которых по закону модулирующего сигнала приводит к соответствующему изменению параметров селективного элемента, то есть резонансного контура. В связи с ограниченным объемом данной книги в следующих разделах будут рассмотрены лишь некоторые из наиболее популярных схемотехнических решений модуляторов ВЧ-сигнала LC-генераторов, применяемые при разработке миниатюрных транзисторных радиопередающих устройств.

Заключение

В данной статье описаны все особенности строения и использования варикапа. Более подробно об этом можно узнать в статье Что такое варикап. В нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессиональных электронщиков. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vk.com/electroinfonet. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.diagram.com. ua

www.arsenal-info.ru

www.nvkurs.ru

www.know-house.ru

Предыдущая

ПолупроводникиЧто такое эффект Ганна и при чем здесь диоды

Следующая

ПолупроводникиЧто такое Диод Зенера

Варикап.

В современной электронике появляется всё больше электронных компонентов управляемых напряжением. Это связано с активным развитием цифровой техники. Ранее электронная аппаратура управлялась всевозможными ручками регулировки, кнопками, многопозиционными переключателями, т.е. руками.

Цифровая техника избавила нас от этого, а взамен дала возможность управлять и настраивать устройства посредством кнопок и экранного меню. Всё это было бы невозможно без электронных компонентов, управляемых напряжением. К одному из таких электронных компонентов можно отнести варикап.

Варикап – это полупроводниковый диод, который изменяет свою ёмкость пропорционально величине приложенного обратного напряжения от единиц до сотен пикофарад. Так изображается варикап на принципиальной схеме.

Как видим, его изображение очень напоминает условное изображение полупроводникового диода. И это не случайно. Дело в том, что p-n переход любого диода обладает так называемой барьерной ёмкостью. Сама по себе барьерная ёмкость перехода для диода нежелательна. Но и этот недостаток смогли использовать. В результате был разработан варикап – некий гибрид диода и переменного конденсатора, ёмкость которого можно менять с помощью напряжения.

Как известно, при подаче обратного напряжения на диод, он закрыт и не пропускает электрический ток. В таком случае p-n переход выполняет роль своеобразного изолятора, толщина которого зависит от величины обратного напряжения (U_обр). Меняя величину обратного напряжения (U_обр), мы меняем толщину перехода – этого самого изолятора. А поскольку электрическая ёмкость C зависит от площади обкладок, в данном случае площади p-n перехода, и расстояния между обкладками – толщины перехода, то появляется возможность менять ёмкость p-n перехода с помощью напряжения. Это ещё называют электронной настройкой.

На варикап прикладывают обратное напряжение, что изменяет величину ёмкости барьера p-n перехода.

Отметим, что барьерная ёмкость есть у всех полупроводниковых диодов, и она уменьшается по мере увеличения обратного напряжения на диоде. Но вот у варикапов эта ёмкость может меняться в достаточно широких пределах, в 3 – 5 раз и более.

Положительные качества варикапа.

У варикапов очень маленькие потери электрической энергии и малый ТКЕ (температурный коэффициент ёмкости) поэтому их с успехом применяют даже на очень высоких частотах, где ёмкость конденсатора измеряется долями пикофарад. Это очень важно, так как если бы ёмкость варикапа была нестабильна из-за утечек (потери электрической энергии) и температуры (ТКЕ), то частота колебательного контура «уходила» и «гуляла», т.е. менялась. А это недопустимо! Познакомьтесь с колебательным контуром, и вы сразу поймёте насколько это важно.

Как работает варикап?

На рисунке показана типовая схема управления варикапом.

R2 – переменный резистор. С помощью винта по рабочей поверхности этого резистора перемещается ползунок, который плавно изменяет сопротивление, а, соответственно, и величину обратного напряжения (U_обр), подаваемого на варикап. Конденсатор С1 препятствует попаданию на индуктивность L1 постоянного напряжения.

Постоянный резистор R1 уменьшает шунтирующее действие резистора R2 на контур, что позволяет сохранить резонансные свойства контура. Как видим, ёмкость варикапа входит в состав колебательного контура. Меняя ёмкость варикапа, мы изменяем параметры колебательного контура и, следовательно, частоту его настройки. Так реализуется электронная настройка.

В современных цветных телевизорах есть такая функция – автонастройка (автопоиск) телеканалов. Нажимаем на кнопку, и весь диапазон сканируется на предмет наличия вещательных программ – телеканалов. Так вот этой функции просто бы не существовало, если бы не было варикапа.

В телевизоре управляющей схемой формируется плавно меняющееся напряжение настройки, которое и подаётся на варикап. За счёт этого меняются параметры колебательного контура приёмника (тюнера) и он настраивается на тот или иной телеканал. Затем происходит запоминание напряжения настройки на каждый из найденных телеканалов, и мы можем переключаться на любой из них, когда захотим.

Кроме обычных варикапов очень часто используют сдвоенные и строенные варикапы с общим катодом. Вот такой вид они имеют на принципиальных схемах.

Они используются, как правило, в радиоприёмных устройствах, где необходимо одновременно перестраивать входной контур и гетеродин с помощью одного потенциометра. Имеются так же обычные сборки, когда в одном корпусе размещается несколько варикапов электрически не связанные между собой.

Параметры варикапов.

Несмотря на то, что варикап разработан на базе диода, это всё-таки конденсатор и именно параметры, связанные с ёмкостью и являются основными. Вот лишь некоторые из них:

• Максимальное обратное постоянное напряжение (U_{обр. max.} ). Измеряется в вольтах (В). Это максимальное напряжение, которое можно подавать на варикап. Напомним, что ёмкость варикапа уменьшается при увеличении обратного напряжения на нём.

• Номинальная ёмкость варикапа (С_В). Это ёмкость варикапа при фиксированном обратном напряжении. Поскольку варикапы выпускаются на различные значения ёмкости, начиная от долей пикофарады и до сотен пикофарад, то их ёмкость измеряют, подавая определённую величину обратного напряжения на варикап. Оно может быть равным 4 и более вольтам, и, как правило, указывается в справочных данных.

  Также может указываться минимальная и максимальная ёмкость варикапа (C_min и C_maх). Это связано с тем, что параметры выпускаемых варикапов могут несколько отличаться. Поэтому в справочных данных указывают минимально- и максимально- возможную ёмкость варикапа при фиксированном обратном напряжении (U

  обр). Это и есть C_max и C_min.

  У импортных варикапов обычно указывается только одна величина C_d (или C_д) – ёмкость варикапа при обратном напряжении, близком к максимальному. Например, для импортного варикапа BB133 ёмкость C_d = 2,6 pF (пФ) при обратном напряжении V_R = 28V.

• Коэффициент перекрытия по ёмкости (К_с). Этот параметр показывает отношение максимальной ёмкости варикапа к минимальной. Считается так:

Например, для отечественного варикапа КВ109А коэффициент перекрытия Кс равен 5,5. Ёмкость при U

обр = 25 В составляет 2,8 пФ (Это – C_min). Так как диапазон обратного напряжения для варикапа КВ109А составляет 3 – 25 вольт, то используя формулу, можно узнать ёмкость этого варикапа при обратном напряжении в 3 вольта. Оно составит 15,4 пФ.(Это – C_max).

В документации на импортные варикапы так же указывается коэффициент перекрытия. Он называется capacitance ratio. Формула, по которой считается этот параметр, выглядит так (для варикапа BB133).

Как видим, берётся ёмкость варикапа при обратном напряжении в 0,5V и в 28V. Так как ёмкость варикапа уменьшается при увеличении обратного напряжения на нём, то становиться ясно, что эта формула расчёта аналогична той, что применяется для расчёта Кс.

Все остальные параметры можно считать несущественными. В некоторых случаях необходимо обратить внимание на граничную частоту, но это не столь важно, поскольку варикапы уверенно работают во всём радио и телевизионном диапазоне.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Варакторный диод — варикапный диод » Electronics Notes

Варикапный диод или варакторный диод обеспечивает способ или наличие переменной емкости, регулируемой напряжением, в цепи.

---

Варактор / варикап Учебное пособие Включает:
Варактор / варикап Резкие и гиперрезкие варакторы Характеристики варактора (техническое описание) Схемы варакторных диодов

Другие диоды: Типы диодов

---

Варикапы или варикапы используются в основном в радиочастотных или радиочастотных схемах для обеспечения переменной емкости, управляемой напряжением.

Эти электронные компонентыa могут использоваться самыми разными способами, когда уровень емкости должен контролироваться напряжением, и без них многие возможности, которыми мы пользуемся в радиоприемниках, мобильных телефонах и многих других устройствах, были бы невозможны.

Варакторные диоды могут использоваться не только для аналогового управления напряжением, например, в контуре фазовой автоподстройки частоты, но также могут использоваться в сочетании с микропроцессорами, где напряжение может генерироваться в цифровом виде, а затем преобразовываться в аналоговое напряжение для управления диод с помощью цифро-аналогового преобразователя, АЦП.

На самом деле области применения варакторных диодов почти безграничны, и они используются во множестве различных схем для различных целей, как для проектирования общих электронных схем, так и для радиочастот.

Хотя используются оба названия: варактор и варикап, оба они представляют собой один и тот же вид диода. Название варактор означает переменный реактор или реактивное сопротивление, а варикап означает переменную емкость (вари-кап).

Хотя даже обычные диоды с PN-переходом можно использовать в качестве варакторных диодов, электронные компоненты, приобретаемые в качестве варакторов, были специально оптимизированы для получения требуемых изменений емкости, которые, как правило, больше, чем у большинства стандартных диодов с PN-переходом.

Варакторные диоды

Варакторные диоды

широко используются во многих радиочастотных конструкциях. Они обеспечивают метод изменения емкости в цепи путем приложения управляющего напряжения.

Это дает им почти уникальные возможности, и в результате варакторные диоды широко используются во многих конструкциях радиочастотных цепей. Они являются важным электронным компонентом для множества радиочастотных устройств.

Хотя варакторные диоды или варикапы могут использоваться во многих различных схемах, они находят применение в двух основных областях:

• Генераторы, управляемые напряжением, ГУН: Генераторы, управляемые напряжением, используются во многих различных радиочастотных конструкциях. Одной из основных областей является осциллятор внутри фазированных замкнутых контуров. В свою очередь, их можно использовать в качестве ЧМ-демодуляторов или в синтезаторах частоты. Варакторный диод является ключевым компонентом генератора, управляемого напряжением.
• ВЧ-фильтры: Использование варикапов позволяет настраивать фильтры. Отслеживающие фильтры могут потребоваться во входных цепях приемника, где они позволяют фильтрам отслеживать частоту входящего принятого сигнала. Опять же, этим можно управлять с помощью управляющего напряжения. Обычно это может осуществляться под управлением микропроцессора через цифро-аналоговый преобразователь.

• Частотные и фазовые модуляторы: Варакторные диоды могут использоваться в частотных и фазовых модуляторах. В частотных модуляторах их можно поместить на резонансный элемент внутри генератора, а звук подавать на диод. Таким образом, его емкость будет изменяться в соответствии со звуком, вызывая сдвиг частоты сигнала вверх и вниз в соответствии с изменениями емкости и, следовательно, в соответствии со звуком.

  Для фазовой модуляции сигнал фиксированной частоты может быть пропущен через фазовращающую цепь, а диод встроен в него. Опять же, на диод подается звук, и это вызывает сдвиг фазы в соответствии с изменениями звука.

Что касается цепей, в которых используются варакторные диоды, они включают в себя генераторы контуров фазовой автоподстройки частоты и, следовательно, многие типы синтезаторов частоты.

Ввиду того, что эти электронные компоненты позволяют управлять многими радиочастотными цепями от переменного напряжения с помощью цифро-аналогового преобразователя, ЦАП или D2A, это позволяет микропроцессору управлять многими из этих электронных схем, фильтрами, генераторами и т. д.

Варакторные диоды можно использовать даже в некоторых типах схем умножителей гармоник.

Работа переменного конденсатора

Ключом к пониманию того, как работает варактор или варикап, является рассмотрение того, что такое конденсатор и что может изменить емкость. Как видно из приведенной ниже схемы, конденсатор состоит из двух пластин с изолирующим диэлектриком между ними.

. . . емкость и количество заряда, который может быть сохранен, зависят от площади пластин и расстояния между ними. . . .

Емкость конденсатора зависит от площади пластин — чем больше площадь, тем больше емкость, а также расстояние между ними — чем больше расстояние, тем меньше уровень емкости.

Диод с обратным смещением не имеет тока между областями P-типа и областями N-типа. Область N-типа и область P-типа могут проводить электричество, и их можно рассматривать как две пластины, а область между ними — область обеднения — изолирующий диэлектрик. Это точно так же, как конденсатор выше.

Как и в случае любого диода, при изменении обратного смещения меняется и размер обедненной области. При увеличении обратного напряжения на варакторе или варикапе область обеднения диода увеличивается, а при уменьшении обратного напряжения на варакторе область обеднения сужается. Следовательно, изменяя обратное смещение на диоде, можно изменить емкость.

Изменение емкости варакторного диода при обратном смещении

Варакторный диод имеет нелинейную кривую емкости — емкость варакторного диода обратно пропорциональна квадратному корню из напряжения на нем. Это означает, что начальные изменения обратного напряжения дают гораздо большее изменение емкости, чем при более высоких напряжениях.

Типичная кривая напряжения и емкости для варакторного диода

Символ варакторной или варикапной цепи

Варакторный диод или варикапный диод показан на принципиальных схемах или схемах с использованием символа, который сочетает в себе символы диода и конденсатора. Таким образом, очевидно, что он используется как переменный конденсатор, а не как выпрямитель.

Схема варакторного диода, обозначение

При работе с любой электронной схемой необходимо обеспечить, чтобы варакторный диод оставался смещенным в обратном направлении. Это означает, что катод будет положителен по отношению к аноду, т. е. катод варактора будет более положителен, чем анод. Таким образом, варактор будет действовать как конденсатор, а не как диод в цепи.

Эквивалентная схема варакторного диода

Как и любой другой компонент, варакторный диод не является идеальным конденсатором, а включает в себя различные паразитные элементы. Это верно для варакторного диода, и в результате полезно иметь возможность моделировать диод как эквивалентную схему. Конденсатор и паразитные элементы необходимо понимать и учитывать в конструкции электронной схемы.

Эквивалентная схема варакторного диода

Можно видеть, что эквивалентная схема варакторного диода состоит из нескольких элементов — различные элементы схемы представляют собой основные элементы, которые видны при использовании диода.

Различные элементы:

• C _J (V): Этот элемент варакторного диода представляет фактическую переменную емкость перехода, которая является основным требуемым элементом диода.
• R _S (V):   Это последовательное сопротивление внутри диода, которое изменяется в зависимости от приложенного напряжения.
• C _P :  Эта схема представляет собой паразитную емкость, в основном возникающую из-за емкости вокруг основного диодного перехода. Этому способствуют соединительные провода внутри корпуса.
• L _P : Эта последовательная емкость в основном возникает из-за связывания проводов в корпусе варакторного диода. Несмотря на небольшой размер, он все же будет заметен в высокочастотных радиочастотных цепях.

Последовательное сопротивление выводов диода незначительно, особенно если диод работает при обратном смещении, а уровни емкости относительно малы, поэтому последовательное сопротивление не оказывает большого влияния.

Тип варакторного диода

При исследовании варакторных диодов с высокими рабочими характеристиками для конкретных ВЧ-приложений часто будут встречаться термины варакторные диоды резкого и резкого скачков напряжения.

Эти термины относятся к переходу и, следовательно, к характеристикам варакторного диода — сверхрезкие диоды, как следует из названия, имеют очень резкое изменение легирования, что приводит к очень резкому переходу — на самом деле это сверхрезкий переход!

Подробнее о . . . . Резкие и гиперрезкие варакторные диоды.

Характеристики варактора

Хотя варакторный диод состоит из PN-перехода и имеет те же основные характеристики, существуют некоторые специфические характеристики и параметры, которые необходимы для определения его характеристик в качестве переменной емкости.

Эти спецификации включают значение емкости и поведение при изменении емкости-напряжения.

Обратная характеристика пробоя также имеет большое значение, т.к. часто нужны довольно высокие обратные напряжения, чтобы уменьшить емкость диода до минимальных значений.

Другим очень важным параметром является коэффициент добротности или добротность диода, так как он может оказать существенное влияние на работу схемы в целом. Низкий уровень добротности может снизить избирательность фильтра или негативно повлиять на фазовый шум генератора, использующего варактор.

Подробнее о . . . . Характеристики варактора.

Варакторные диоды

— это очень полезные компоненты, которые можно использовать самыми разными способами, особенно в радиочастотных цепях. Возможность управлять емкостью в цепи путем изменения напряжения имеет очень много применений и позволяет создавать такие элементы, как контуры фазовой автоподстройки частоты, непрямые синтезаторы частоты, различные типы частотных и фазовых модуляторов и многие другие схемы.

Другие электронные компоненты:
Резисторы конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор полевой транзистор Типы памяти Тиристор Соединители ВЧ-разъемы Клапаны/трубки Батареи Переключатели Реле Технология поверхностного монтажа
    Вернуться в меню «Компоненты». . .

Что такое варакторный диод? Определение, конструкция, работа, характеристики и применение варакторного диода

Определение : Варакторный диод представляет собой диод с PN-переходом, который особенно работает в режиме обратного смещения. Это устройство, емкость которого изменяется в зависимости от изменения приложенного потенциала обратного смещения . Он также известен как варикап или вольткап . Слово «варикап» образовано от сочетания слов «переменная» и «конденсатор».

Так как это специально разработанные диоды, то они обладают гораздо лучшими характеристиками переходной емкости по сравнению с обычными диодами с PN-переходом.

Содержимое: Варакторный диод

1. Символ
2. Строительство
3. Рабочий
4. Характеристическая кривая
5. приложений
6. Ключевые термины

Обозначение варакторного диода

На приведенном ниже рисунке показано условное обозначение варакторного диода:

Его условное обозначение несколько похоже на обычный диод. Однако в варакторном диоде катодный вывод показан двумя пластинами конденсатора. Это сделано для представления влияния емкости во время работы.

Конструкция варакторного диода

Варакторный диод формируется путем слияния полупроводникового материала p-типа с полупроводниковым материалом n-типа. В зависимости от использования области p и n изготавливаются из кремния или арсенида галлия. В случае низкочастотного использования в качестве основного материала используется кремний. А в случае использования в высокочастотном поле изготавливается из арсенида галлия.

Ниже показана конструкция варакторного диода:

Как мы видим здесь, область n связана со структурой мезы. Через эту меза-структуру металлический молибден с золотым покрытием соединяется с областью n, которая служит катодной клеммой всего устройства. Точно так же область p также связана с металлическим молибденом, но на этот раз соединение осуществляется через золотую проволоку. Он действует как анодный вывод устройства. Керамический слой используется для покрытия всей структуры диода, за исключением выводов анода и катода.

Работа варакторного диода

Как мы уже говорили, варакторный диод является устройством с обратным смещением. Это означает, что операция, для которой он указан, замечена в условиях обратного смещения, а не прямого смещения. Теперь возникает вопрос, почему это так?

Давайте сначала разберемся, почему не работает в режиме прямого смещения .

Когда на диод подается прямой потенциал. Тогда большинство носителей, присутствующих как в p-, так и в n-области, испытывают отталкивание от батареи. Благодаря этому после определенного напряжения область обеднения уменьшается и прибор начинает сильно проводить. Но, 9Варакторный диод 0234 в основном изготавливается для хранения зарядов, а не для проведения тока . По этой причине мы обеспечиваем обратное смещение диода.

Давайте двигаться вперед, чтобы понять работу обратного смещения варакторного диода. На рисунке ниже показано расположение варакторного диода с обратным смещением:

Первоначально в случае отсутствия смещения присутствует тонкая область обеднения. Но при приложении обратного потенциала основные носители как р-, так и n-областей, т. е. дырки и электроны, начинают удаляться от перехода. Из-за этого большинство носителей выбыло из стыка. Таким образом, с увеличением обратного потенциала увеличивается и ширина истощения. В этом случае две области служат обкладками конденсатора, а обедненная область ведет себя как изолирующий диэлектрик.

Емкость перехода называется переходной емкостью. Обозначается как C _T . Как мы знаем, емкость определяется как

: ε = диэлектрическая проницаемость материала

A = площадь перехода

Вт = ширина области обеднения

9 Видно, что с ростом обратного напряжения смещения область обеднения также уширяется, в результате емкость уменьшается.

Как ширина области обеднения находится в обратной зависимости от переходной емкости . Таким образом, можно сказать, что при изменении напряжения, подаваемого на устройство, меняется и емкость.

Эквивалентная схема варакторного диода

На рисунке ниже представлена ​​эквивалентная схема варакторного диода:

Здесь R _S представляет собой последовательное сопротивление, C _T представляет собой переходную емкость, r обозначает обратное сопротивление диода и L _S — последовательная индуктивность или эффективная индуктивность. Необходимо, чтобы значение r было очень высоким. Поэтому кремний обычно используется для изготовления варакторных диодов.

Характеристика варакторного диода

На рисунке ниже представлена ​​вольтамперная характеристика варакторного диода:

На графике показано изменение емкости перехода в зависимости от приложенного обратного напряжения. Как уже обсуждалось ранее, эта емкость обратно пропорциональна ширине и обратному напряжению. Таким образом, мы можем видеть экспоненциальное падение переходной емкости с ростом напряжения.

Связь между емкостью и напряжением определяется уравнением:

: K обозначает константу, которая зависит от полупроводникового материала и метода изготовления

В _K обозначает барьерный потенциал

В _R – обратный приложенный потенциал

А n – константа, зависящая от уровня легирования. Обычно его значение составляет 1/2 для сплавных контактов и 1/3 для диффузных контактов.

Переходная емкость в случае отсутствия приложенного напряжения определяется как:

Низкая емкость означает, что накопленный заряд меньше. Следовательно, если мы хотим иметь больше запасов заряда, потенциал должен быть как можно ниже.

Применение варакторных диодов

Поскольку емкостные характеристики зависят от напряжения, они заменили конденсаторы с механической настройкой. Варакторные диоды широко используются в телевизорах и радиоприемниках, работающих на высоких частотах.