Varicap

Varicap ( akronym z anglického vari (able) - „variable“ a cap (acitance) - „[electrical] capacitance“) - elektronické zařízení, polovodičová dioda , jejíž činnost je založena na závislosti bariérové kapacity p-n přechod na zpětném napětí .

Varikapy s vysokým ztrátovým výkonem, určené pro frekvenční násobení v rádiových vysílačích, se běžně nazývají varaktory .

Varikapy se používají jako prvky s elektricky řízenou kapacitou ve frekvenčních ladicích obvodech oscilačního obvodu ve frekvenčně selektivních obvodech, frekvenčním dělení a násobení, frekvenční modulaci , řízených fázových posuvech atd.

Jak varicap funguje

V nepřítomnosti vnějšího napětí aplikovaného na elektrody v pn-přechodu existuje potenciálová bariéra a vnitřní elektrické pole , jehož výskyt je způsoben rozdílem kontaktních potenciálů mezi polovodiči typu p a n. Normální režim provozu varikapu je s reverzním předpětím. Pokud se na diodu přivede zpětné napětí (to znamená, že katoda musí mít kladný potenciál vzhledem k anodě ), pak se výška této potenciální bariéry zvýší. Vnější zpětné napětí odpuzuje elektrony hluboko do n-oblasti, v důsledku čehož se ochuzená oblast pn-přechodu rozšiřuje, tedy polovodičová vrstva, zbavená nosičů náboje a v podstatě dielektrika. S rostoucím zpětným napětím se zvyšuje tloušťka ochuzovací vrstvy. Ten může být reprezentován jako plochý kondenzátor , ve kterém neochuzené zóny polovodiče slouží jako desky a s proměnnou tloušťkou dielektrické vrstvy.

V souladu se vzorcem pro kapacitu plochého kondenzátoru se s nárůstem vzdálenosti mezi deskami (způsobeným zvýšením hodnoty zpětného napětí) kapacita pn přechodu sníží. Tento pokles je omezen tloušťkou základny, nad kterou se již tloušťka vyčerpané vrstvy nemůže zvětšovat, při dosažení této minimální kapacity se kapacita nemění s nárůstem zpětného napětí. Dalším omezujícím faktorem při řízené degradaci kapacity je lavina vyčerpané vrstvy.

Vzhledem k tomu, že tloušťka dielektrika (ochuzená vrstva) se při změně zpětného napětí mění v širokém rozsahu, používá se dynamická nebo diferenciální kapacita pro charakterizaci změny kapacity varikapu od použitého napětí - kapacita pro malou změnu napětí na zařízení (parametr nízkého signálu). Dynamická kapacita je definována jako [1] : $C_{d}$

C_{d}(U)=dQ/dU,

kde je přírůstek elektrického náboje kondenzátoru;

dQ

dU

- zvýšení napětí.

Diferenciální kapacita podle GOST R 52002-2003 je dynamická kapacita pro velmi pomalé změny napětí.

Závislost dynamické kapacity na napětí se nazývá kapacitně-napěťová charakteristika a pro varikap je přibližně popsána funkcí:

C_{d}(U)={\frac {C_{0}}{(1+U/U_{0})^{n}}},

kde je dynamická kapacita zařízení při nulovém napětí;

C_{0}

U

je použité zpětné napětí;

U_{0}

- nějaká konstanta, která má rozměr napětí a je přibližně rovna stejnosměrnému napětí pn-přechodu, při malých stejnosměrných proudech, pro křemíkové zařízení asi 0,55 V;

n

je indikátor charakterizující hodnotu gradientu koncentrace dopantu v pn přechodu, pro přechody s plynulou např. lineární změnou koncentrace , pro ostré přechody , pro přechody se stupňovitým dopingem může dosáhnout 2 [2] .

n\cca 0,33

n\cca 0,5

n

Konstrukce

Typicky jsou varikapy vyráběny pomocí planární epitaxní technologie, která umožňuje optimalizaci elektrických parametrů zařízení. Na plátku silně dotovaného nízkoodporového polovodiče (obvykle s vodivostí typu n, označovaném n + ) se pěstuje vysokoodporový film nízko dotovaného polovodiče typu n. Pomocí difúze akceptorových nečistot se na povrchu epitaxní vrstvy vytvoří nízkoodporová anodová vrstva typu p.

Boční povrch konstrukce je pokryt tavným sklem pro ochranu pn-přechodu vznikajícího na povrchu a pro zvýšení zpětného průrazného napětí.

Základní elektrické a provozní parametry

Celková kapacita je kapacita naměřená mezi vývody varikapu při daném zpětném napětí.
Poměr překrytí kapacit je poměr kapacit při dvou daných hodnotách zpětného napětí na varikapu.
Faktor kvality - poměr reaktance varikapu při dané frekvenci ke ztrátovému odporu při dané hodnotě kapacity nebo zpětného napětí.
Konstantní zpětný proud - stejnosměrný proud , svodový proud protékající varikapem při daném zpětném napětí.
Maximální povolené stejnosměrné zpětné napětí.
Maximální přípustný ztrátový výkon .
Teplotní koeficienty kapacity a činitele jakosti - poměr relativní změny kapacity (činitele kvality) varikapu k absolutní změně teploty, která to způsobila. V obecném případě tyto koeficienty samotné závisí na hodnotě zpětného napětí aplikovaného na varikap.
Mezní frekvence varikapu je hodnota frekvence, při které se reaktivní složka vodivosti varikapu rovná aktivní složce. Měření mezní frekvence se provádí při konkrétním daném zpětném napětí a teplotě, které zase závisí na typu varikapu.

Varicap modely

Průmysl vyrábí varikapy jak ve formě diskrétních komponentů (například varikapy vyráběné v SSSR a Rusku, KV105, KV109, KV110, KV114, BB148, BB149), tak ve formě sestav varikapů (například KVS111).

Aplikace

Varicaps se používají pro frekvenční ladění napěťově řízených generátorů ve frekvenčních syntezátorech a rozmítacích frekvenčních generátorech , ladění frekvenčně selektivních obvodů s řízením napětí, v systémech automatického řízení frekvence různých rádiových přijímačů, v parametrických zesilovačích , pro násobení frekvence v násobičích frekvence , napětí -řízené fázové měniče a další.

Viz také

Poznámky

↑ GOST R 52002-2003 Elektrotechnika. Pojmy a definice základních pojmů . Získáno 30. března 2018. Archivováno z originálu 16. března 2018. (neurčitý)
↑ Variaktory . Získáno 30. března 2018. Archivováno z originálu 9. října 2017. (neurčitý)

Literatura

Pasynkov VV, Chirkin LK Polovodičová zařízení: Učebnice pro vysoké školy. - 4. revize. a doplňkové vyd. - M . : Vyšší škola, 1987. - S. 184-188. — 479 s. — 50 000 výtisků.

Chernyshev A. A., Ivanov V. I., Galakhov V. D. a kol. Diody a tyristory / Ed. vyd. A. A. Černyševová. - 2. vyd., přepracováno. a doplňkové - M .: Energie, 1980. - 176 s. - (Hromadná rozhlasová knihovna. Vydání 1005). - 190 000 výtisků.

Odkazy

Varicap - článek z Velké sovětské encyklopedie .

Polovodičové diody
Po domluvě	LED diody Fotodiody Polovodičové lasery Oprava Puls vysoká frekvence Mikrovlnná trouba zenerovy diody
LED diody	Superluminiscenční dioda organické LED Modrá LED Bílá LED
Oprava	selenový usměrňovač Usměrňovač oxidu mědi
Generátorové diody	Lavinová dioda tunelová dioda Gunnova dioda
Zdroje referenčního napětí	Zenerova dioda Se skrytou strukturou Lavinová dioda Stabistor
jiný	Schottkyho dioda obrácená dioda pin dioda Fotodioda Lavinová fotodioda Fotomatice Varicap Varactor Magnetodioda Bodová dioda
viz také	lambda dioda Krystalový detektor Diodový můstek pn -přechod