Войти
 Внутренняя структура варикапа | |
| Тип | Пассивный |
|---|---|
| Конфигурация контактов | анод и катод |
| Электронный символ | |
 | |
В электронике, варикап-диод, варакторный диод, диод переменной емкости, диод с переменным реактивным сопротивлением или настроечный диод - это тип диода, предназначенный для использования зависимой от напряжения емкости обратного смещенный p – n переход. VariCap Диоды также называются варакторными диодами, их внутренняя емкость изменяется при приложении напряжения обратного смещения и обладает переменным реактивным сопротивлением
Варакторы используются в качестве регуляторов напряжения светодиод конденсаторы. Они обычно используются в генераторах, управляемых напряжением, параметрических усилителях и умножителях частоты. Генераторы, управляемые напряжением, находят множество применений, таких как частотная модуляция для FM-передатчиков и фазовая автоподстройка частоты. Контуры фазовой автоподстройки используются для синтезаторов частоты, которые настраивают многие радиоприемники, телевизоры и сотовые телефоны.
. Варикап был разработан дочерней компанией Pacific Semiconductor. Ramo Wooldridge Corporation, которая получила патент на устройство в июне 1961 года. Название устройства было также зарегистрировано как «Varicap» компанией TRW Semiconductors, преемником Pacific Semiconductors, в октябре 1967 года. Это помогает объяснить различия названия устройства в момент его использования.
Операция варикапа. Отверстия синие, электроны красные, зона истощения белая. Электроды находятся вверху и внизу. Варакторы работают в состоянии с обратным смещением, поэтому через устройство не протекает постоянный ток. Величина обратного смещения контролирует толщину зоны истощения и, следовательно, емкость перехода варактора. Как правило, толщина обедненной области пропорциональна квадратному корню приложенного напряжения, а емкость обратно пропорциональна толщине обедненной области. Таким образом, емкость обратно пропорциональна корню квадратному из приложенного напряжения.
Все диоды демонстрируют эту переменную емкость перехода, но варакторы производятся для использования этого эффекта и увеличения вариации емкости.
На рисунке показан пример поперечного сечения варактора со слоем обеднения, образованным p – n переходом. Этот обедненный слой также может быть выполнен из МОП или диода Шоттки. Это важно в технологии CMOS и MMIC.
Обычно для использования диода варикапа в цепи требуется подключение его к настроенной цепи, обычно в параллельно любой существующей емкости или индуктивности. Напряжение постоянного тока применяется в качестве обратного смещения к варикапу для изменения его емкости. Напряжение смещения постоянного тока должно быть заблокировано от попадания в настроенную цепь. Это может быть достигнуто путем размещения блокирующего конденсатора постоянного тока с емкостью, примерно в 100 раз большей, чем максимальная емкость диода варикапа, последовательно с ним и путем подачи постоянного тока от источника с высоким импедансом к узлу между катодом варикапа и блокирующим конденсатором, как показано в верхнем левом углу прилагаемой схемы.
Так как никакого существенного ток не протекает в варикапа, значение резистора, соединяющего его катода обратно к резистору управляющего напряжения постоянного тока может быть где-то в диапазоне от 22 кОм до 150 кОм и блокирующий конденсатор где-то в диапазоне от 5 –100 нФ. Иногда в настроенных схемах с очень высокой добротностью катушка индуктивности включается последовательно с резистором для увеличения импеданса источника управляющего напряжения, чтобы не загружать настроенную схему и не уменьшать ее добротность.
Другая распространенная конфигурация использует два последовательно соединенных (анод-анод) варикап-диода. (См. Нижнюю левую цепь на схеме.) Второй варикап эффективно заменяет блокирующий конденсатор в первой цепи. Это уменьшает общую емкость и диапазон емкостей наполовину, но имеет преимущество в уменьшении составляющей переменного напряжения на каждом устройстве и имеет симметричное искажение, если составляющая переменного тока имеет достаточную амплитуду для смещения варикапов в прямую проводимость.
При разработке схем настройки с варикапами обычно рекомендуется поддерживать переменную составляющую напряжения на варикапе на минимальном уровне, обычно менее 100 мВ от пика к пику, чтобы предотвратить слишком сильное изменение емкости диода. что исказит сигнал и добавит гармоники.
Третья цепь, вверху справа на схеме, использует два последовательно соединенных варикапа и отдельные соединения заземления сигналов постоянного и переменного тока. Заземление постоянного тока показано как традиционный символ заземления, а заземление переменного тока - как открытый треугольник. Разделение заземлений часто выполняется для (i) предотвращения высокочастотного излучения от низкочастотного узла заземления и (ii) предотвращения постоянного тока в узле заземления переменного тока, изменяющего смещение и рабочие точки активных устройств, таких как варикапы и транзисторы.
Эти конфигурации схем довольно распространены в телевизионных тюнерах и радиовещательных AM- и FM-приемниках с электронной настройкой, а также в другом коммуникационном и промышленном оборудовании. Ранние варикап-диоды обычно требовали диапазона обратного напряжения 0–33 В для получения их полных диапазонов емкости, которые все еще были довольно небольшими, примерно 1–10 пФ. Эти типы были и до сих пор широко используются в телевизионных тюнерах, чьи высокие несущие частоты требуют лишь небольших изменений емкости.
Со временем были разработаны варикап-диоды, которые демонстрировали большие диапазоны емкости, 100–500 пФ, с относительно небольшими изменениями обратного смещения: 0–5 В или 0–12 В. Эти новые устройства позволяют осуществлять радиовещание в диапазоне AM с электронной настройкой. приемники, а также множество других функций, требующих больших изменений емкости на более низких частотах, обычно ниже 10 МГц. Некоторые конструкции считывателей электронных бирок безопасности, используемых в торговых точках, требуют наличия варикапов с высокой емкостью в генераторах, управляемых напряжением.
Телевизионный тюнер диапазона I-III-U австралийского рынка с выделенными варикапами 
Потребительский радиовещательный тюнер AM-FM с выделенными варикапами Три устройства с выводами, изображенные в верхней части страницы, обычно представляют собой два общих варикапов с катодным подключением в единый пакет. В потребительском AM / FM-тюнере, изображенном справа, один двухкомпонентный варикап-диод регулирует как полосу пропускания контура резервуара (главный селектор станции), так и гетеродин с одним варикапом для каждого. Это сделано для снижения затрат - можно было использовать два сдвоенных блока, один для резервуара и один для генератора, всего четыре диода, и это то, что было изображено в данных приложения для радиочипа LA1851N AM. Два сдвоенных варактора с меньшей емкостью, используемые в секции FM (которая работает с частотой примерно в сто раз большей), выделены красными стрелками. В этом случае используются четыре диода через двойной корпус для резервуарного / полосового фильтра и двойной корпус для гетеродина.
Специальные типы варикап-диодов, демонстрирующие резкое изменение емкости, часто можно найти в потребительском оборудовании, таком как телевизионные тюнеры, которые используются для переключения трактов радиочастотных сигналов. В состоянии высокой емкости, обычно с низким смещением или без него, они представляют путь с низким импедансом к ВЧ, тогда как при обратном смещении их емкость резко уменьшается, а их ВЧ-импеданс увеличивается. Хотя они по-прежнему имеют небольшую проводимость для радиочастотного тракта, их ослабление снижает нежелательный сигнал до приемлемо низкого уровня. Они часто используются парами для переключения между двумя различными источниками радиочастот, такими как диапазоны VHF и UHF в телевизионном тюнере, путем подачи на них дополнительных напряжений смещения.
В некоторых приложениях, таких как умножение гармоник, переменное напряжение большой амплитуды сигнала прикладывается к варикапу для преднамеренного изменения емкости при скорости сигнала для генерации высшие гармоники, которые извлекаются посредством фильтрации. Если через варикап подается синусоидальный ток достаточной амплитуды, результирующее напряжение приобретает «пик» треугольной формы и генерируются нечетные гармоники.
Это был один из первых методов, который использовался для генерации микроволновых частот средней мощности, 1-2 ГГц при 1-5 Вт, примерно от 20 Вт на частоте 3–400 МГц до того, как были разработаны подходящие транзисторы для работы на этой более высокой частоте. Этот метод до сих пор используется для генерации гораздо более высоких частот, в диапазоне от 100 ГГц до 1 ТГц, где даже самые быстрые транзисторы GaAs все еще не годятся.
Все полупроводниковые переходные устройства демонстрируют этот эффект, поэтому их можно использовать в качестве варикапов, но их характеристики не будут контролироваться и могут сильно различаться между партиями.
Популярные самодельные варикапы включают светодиоды, выпрямительные диоды серии 1N400X, выпрямители Шоттки и различные транзисторы, используемые с их переходами коллектор-база с обратным смещением, в частности, 2N2222 и BC547. Обратное смещение переходов эмиттер-база транзисторов также достаточно эффективно, пока амплитуда переменного тока остается небольшой. Максимальное напряжение обратного смещения обычно составляет от 5 до 7 В до того, как начнется лавинный процесс. Сильноточные устройства с большей площадью перехода обычно обладают более высокой емкостью. Варикап Philips BA 102 и обычный стабилитрон 1N5408 демонстрируют аналогичные изменения в емкости перехода, за исключением того, что BA 102 обладает определенным набором характеристик по отношению к емкости перехода (тогда как 1N5408 делает нет) и "Q" у 1N5408 меньше.
До разработки варикапа переменные конденсаторы или реакторы с насыщаемым сердечником с приводом от двигателя использовались в качестве электрически управляемых реактивных сопротивлений в ГУН и фильтрах оборудования, подобного World War. II Немецкий анализаторы спектра.
 | На Викискладе есть материалы по теме Варикапы. |
