Zbirke

Varactor dioda ali Varicap dioda

Varactor dioda ali Varicap dioda

Varactor ali varicap diode se uporabljajo predvsem v radiofrekvenčnih ali RF vezjih za zagotavljanje napetostne spremenljive kapacitivnosti. Te elektronske komponente je mogoče uporabiti na najrazličnejše načine, kjer je treba raven kapacitivnosti nadzorovati z napetostjo.

Varaktorske diode se ne morejo uporabljati samo za analogno krmiljenje napetosti, na primer v fazno zaklenjeni zanki, temveč se lahko uporabljajo tudi v povezavi z mikroprocesorji, kjer je mogoče napetost digitalno generirati in nato pretvoriti v analogno napetost za nadzor diode z uporabo digitalno-analognega pretvornika ADC.

Dejansko so aplikacije za varaktorske diode skoraj neomejene in se uporabljajo v številnih različnih vezjih za različne namene uporabe vezja, za splošno zasnovo elektronskih vezij in RF zasnovo.

Čeprav se uporabljata obe imeni: varactor in varicap diode, sta obe isti obliki diode. Ime varactor pomeni spremenljiv reaktor ali reaktanco in varicap, kar pomeni spremenljivo kapacitivnost (varia-cap).

Uporaba varaktor diode

Varactor diode se pogosto uporabljajo v številnih RF modelih. Zagotavljajo metodo spreminjanja kapacitivnosti znotraj vezja z uporabo krmilne napetosti. To jim daje skoraj edinstveno sposobnost in posledično se varaktorske diode pogosto uporabljajo v RF industriji.

Čeprav se lahko varaktorske diode ali varicap diode uporabljajo v številnih različnih vezjih, se uporabljajo na dveh glavnih področjih:

  • Oscilatorji z napetostnim nadzorom, VCO: Oscilatorji z napetostnim nadzorom se uporabljajo v številnih različnih RF izvedbah. Eno največjih področij je oscilator znotraj fazno zaklenjenih zank. Po drugi strani pa se lahko uporabljajo kot FM demodulatorji ali znotraj frekvenčnih sintetizatorjev. Varaktorska dioda je ključna komponenta oscilatorja z napetostjo.
  • RF filtri: Uporaba varaktorskih diod omogoča nastavitev filtrov. Filtri za sledenje bodo morda potrebni v vezjih na sprednjem koncu sprejemnika, kjer omogočajo filtrom sledenje frekvenci dohodnega sprejetega signala. Tudi to lahko nadziramo s pomočjo krmilne napetosti. Običajno je to mogoče zagotoviti pod mikroprocesorskim nadzorom prek digitalno-analognega pretvornika.
  • Frekvenčni in fazni modulatorji: Varaktorske diode se lahko uporabljajo v frekvenčnih in faznih modulatorjih. V frekvenčnih modulatorjih jih je mogoče namestiti čez resonančni element znotraj generatorja in zvok, ki se nanaša na diodo. Na ta način se bo njegova kapacitivnost spreminjala v skladu z zvokom, zaradi česar se bo frekvenca signala premikala navzgor in navzdol v skladu z variacijami kapacitivnosti in s tem v skladu z zvokom.

    Za fazno modulacijo lahko signal s fiksno frekvenco prenese skozi omrežje s faznim zamikom in dioda se vgradi. Spet se na diodo uporabi zvok, zaradi česar se faza premakne skladno z različicami zvoka.

Kar zadeva vezja, v katerih se uporabljajo varaktorske diode, ti vključujejo oscilatorje fazno zaklenjenih zank in s tem številne tipe frekvenčnega sintetizatorja znotraj filtrov, kjer je treba nadzor frekvence filtra krmiliti digitalno. Uporabljajo se lahko celo v nekaterih vrstah harmoničnih multiplikacijskih vezij.

Delovanje spremenljivega kondenzatorja

Ključno za razumevanje delovanja varaktorja ali varicap diode je, da pogledamo, kaj je kondenzator in kaj lahko spremeni kapacitivnost. Kot je razvidno iz spodnjega diagrama, je kondenzator sestavljen iz dveh plošč z izolacijskim dielektrikom med njimi.

. kapacitivnost in količina naboja, ki jo je mogoče shraniti, je odvisna od površine plošč in razdalje med njimi. .

Kapaciteta kondenzatorja je odvisna od površine plošč - večja kot je površina, večja je kapacitivnost in tudi razdalja med njimi - večja je razdalja, manjša je raven kapacitivnosti.

Dioda z obratno pristranskostjo ne teče med območjem tipa P in območjem tipa N. Območje tipa N in območje tipa P lahko prevajata električno energijo in se lahko šteje za dve plošči in območje med njima - območje izčrpavanja je izolacijski dielektrik. To je popolnoma enako kot zgornji kondenzator.

Kot pri kateri koli diodi se tudi pri spremembi vzvratne pristranskosti spremeni velikost izčrpane regije. Če se poveča vzvratna napetost na varaktorju ali varicap diodi, se območje izpraznitve diode poveča in če se reverzna napetost na varaktorski diodi zmanjša, se območje izčrpavanja zoži. Zato lahko s spreminjanjem povratne pristranskosti na diodi spremenimo kapacitivnost.

Varaktorska dioda ima nelinearno krivuljo kapacitivnosti - kapacitivnost varaktorske diode je obratno sorazmerna kvadratnemu korenu napetosti na njej. To pomeni, da začetne spremembe povratne napetosti dajo veliko večjo spremembo kapacitivnosti kot tiste pri višjih napetostih.

Simbol vezja ali varicap

Varaktorska dioda ali varicap dioda je prikazana v shemah vezja ali shemah z uporabo simbola, ki združuje simbole diode in kondenzatorja. Na ta način je očitno, da se uporablja kot spremenljiv kondenzator in ne kot usmernik.

Pri delovanju v katerem koli dizajnu elektronskega vezja morate zagotoviti, da varaktorska dioda ostane obrnjena. To pomeni, da bo katoda pozitivna glede na anodo, tj.katoda varaktorja bo pozitivnejša od anode. Na ta način bo varaktor deloval kot kondenzator in ne kot dioda v vezju.

Varactor dioda ekvivalentno vezje

Tako kot katera koli druga komponenta tudi varaktorska dioda ni popoln kondenzator, vključuje pa različne razpršene elemente. To velja za varaktorsko diodo, zato je koristno, da lahko diodo modeliramo kot enakovredno vezje. Kondenzator in zapuščene elemente je treba razumeti in namestiti v zasnovo elektronskega vezja.

Vidimo lahko, da je v enakovrednem vezju varaktorske diode več elementov - različni elementi vezja predstavljajo glavne elemente, ki so vidni ob uporabi diode.

Različni elementi so naslednji:

  • CJ (V): Ta element varaktorske diode predstavlja dejansko spremenljivo kapacitivnost spoja, ki je glavni zahtevani element diode.
  • RS (V): To je serijski upor znotraj diode in se spreminja glede na uporabljeno napetost.
  • CP: Ta element vezja predstavlja parazitsko kapacitivnost, ki večinoma izhaja iz kapacitivnosti okoli samega osnovnega diodnega križišča. K temu prispevajo povezovalne žice znotraj paketa.
  • LP: Ta serijska kapacitivnost v glavnem izhaja iz veznih žic v paketu varaktorske diode. Čeprav majhen, bo še vedno opazen v visokofrekvenčnih RF vezjih.

Serijska upornost vodnikov na diodi je zanemarljiva, še posebej, ker dioda deluje v obratni smeri, ravni kapacitivnosti pa so razmeroma majhne, ​​zato zaporedni upor nima velikega učinka.

Vrste varaktorskih diod

Pri preiskovanju visoko zmogljivih varaktorskih diod za specifične RF aplikacije bodo pogosto vidni izrazi, nenadne in hiperabrutne varaktorske diode.

Ti izrazi se nanašajo na spoj in s tem na delovanje varaktorske diode - hiperabruptne diode, kot že ime pove, saj imajo zelo ostro spremembo dopinga, ki povzroči zelo nenaden spoj - v resnici gre za hiperabruptni spoj!


Specifikacije varactorja

Čeprav je varaktorska dioda tvorjena iz PN-spoja in ima enake osnovne značilnosti, obstaja nekaj posebnih karakterističnih specifikacij in parametrov, ki so potrebni za določitev njene zmogljivosti kot spremenljive kapacitivnosti.

Te specifikacije vključujejo vrednost kapacitivnosti in vedenje spremembe kapacitivnosti-napetosti.

Karakteristika povratne razgradnje je prav tako zelo pomembna, ker so pogosto potrebne precej visoke povratne napetosti, da se kapacitivnost diode zmanjša na spodnje vrednosti.

Drug zelo pomemben parameter je faktor kakovosti ali Q diode, saj lahko to pomembno vpliva na delovanje celotnega vezja. Nizke ravni Q lahko zmanjšajo selektivnost filtra ali negativno vplivajo na fazni šum oscilatorja z uporabo varaktorja.

Varactor diode so zelo uporabne komponente, ki jih je mogoče uporabiti na najrazličnejše načine, zlasti znotraj RF vezij. Zmožnost nadzora kapacitivnosti znotraj vezja s spreminjanjem napetosti ima zelo veliko uporab in omogoča ustvarjanje elementov, kot so fazno zaklenjene zanke, posredni frekvenčni sintetizatorji, različne vrste frekvenčnega in faznega modulatorja ter številna druga vezja.


Poglej si posnetek: Varactor Diode, Varicap Diode, Variable Capacitance Diode, Tunning Diode by Engineering Funda (Januar 2022).