Варикап — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Обозначение варикапа на принципиальных электрических схемах.

Варика́п (акроним от англ. vari(able) — «переменный», и cap(acitance) — «[электрическая] ёмкость») — электронный прибор, полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости p-n-перехода от обратного напряжения.

Варикапы с большой рассеиваемой мощностью, предназначенные для умножения частоты в радиопередатчиках, принято называть варакторами.

Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура в частотно-избирательных цепях, деления и умножения частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др.

Принцип работы варикапа

Изменение толщины барьерного обеднённого слоя вблизи p-n-перехода при изменении обратного напряжения, приложенного к структуре. Типичная вольт-фарадная характеристика варикапа.

При отсутствии внешнего приложенного к электродам напряжения в p-n-переходе существуют потенциальный барьер и внутреннее электрическое поле, возникновение которого обусловлено контактной разностью потенциалов между полупроводниками p-типа и n-типа. Нормальный режим работы варикапа — с обратным смещением. Если к диоду приложить обратное напряжение (то есть катод должен иметь положительный потенциал относительно анода), 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, то есть слой полупроводника, лишенный носителей заряда и по сути являющийся диэлектриком. При увеличении обратного напряжения толщина обеднённого слоя увеличивается. Это можно представить в виде плоского конденсатора, в котором обкладками служат необеднённые зоны полупроводника и с переменной толщиной слоя диэлектрика.

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 толщиной базы, далее которой толщина обеднённого слоя увеличиваться не может, по достижении этого минимума ёмкости с ростом обратного напряжения ёмкость не изменяется. Другой ограничивающий фактор управляемого снижения ёмкости — электрический лавинный пробой обеднённого слоя.

Так как при изменении обратного напряжения толщина диэлектрика (обеднённого слоя) изменяется в широких пределах, для характеристики изменения ёмкости варикапа от приложенного напряжения применяют динамическую Cd{\displaystyle C_{d}} или дифференциальную ёмкость — ёмкость для малого изменения напряжения на приборе (малосигнальный параметр). Динамическая емкость определяется как

[1]:

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

где dQ{\displaystyle dQ} — приращение электрического заряда конденсатора;

dU{\displaystyle dU} — приращение напряжения.

Дифференциальная ёмкость согласно ГОСТ Р 52002-2003 — это динамическая ёмкость для очень медленного изменения напряжения.

Зависимость динамической ёмкости от напряжения называется вольт-фарадной характеристикой и для варикапа приближённо описывается функцией:

Cd(U)=C0(1+U/U0)n,{\displaystyle C_{d}(U)={\frac {C_{0}}{(1+U/U_{0})^{n}}},}

где C0{\displaystyle C_{0}} — динамическая ёмкость прибора при нулевом напряжении;

U{\displaystyle U} — приложенное обратное напряжение;

U0{\displaystyle U_{0}} — некоторая константа, имеющая размерность напряжения и приближённо равная прямому напряжению p-n-перехода, при небольших прямых токах, для кремниевого прибора около 0,55 В;

n{\displaystyle n} — показатель, характеризующий величину градиента концентрации легирующей примеси в p-n-переходе, для переходов с плавным, например, линейным изменением концентрации n≈0,33{\displaystyle n\approx 0,33}, для резких переходов n≈0,5{\displaystyle n\approx 0,5}, для переходов со ступенчатым легированием n{\displaystyle n} может достигать 2^[2].

Конструкция

Внутренняя структура варикапа.

Обычно варикапы изготавливаются по планарно-эпитаксиальной технологии, позволяющей оптимизировать электрические параметры прибора. На пластине сильнолегированного низкоомного полупроводника (обычно с n-типом проводимости, обозначается n⁺) выращивается высокоомная плёнка низколегированного полупроводника n-типа. C помощью диффузии акцепторной примеси на поверхности эпитаксиального слоя формируется низкоомный анодный слой p-типа.

Боковая поверхность структуры для защиты выходящего на поверхность p-n-перехода и увеличения обратного пробойного напряжения покрывается легкоплавким стеклом.

Основные электрические и эксплуатационные 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, ток утечки, протекающий через варикап при заданном обратном напряжении.
• Максимально допустимое постоянное обратное напряжение.
• Максимально допустимая рассеиваемая мощность.
• Температурные коэффициенты ёмкости и добротности — отношение относительного изменения ёмкости (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.

Модели варикапов

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

Применение

Варикапы применяются для перестройки частоты генераторов, управляемых напряжением в синтезаторах частоты и генераторах качающейся частоты, настройки частотноизбирательных цепей с управлением напряжением, в системах автоматической подстройки частоты различных радиоприёмных устройств, в параметрических усилителях, для умножения частоты в умножителях частоты, управляемых напряжением фазовращателях и других.

См. также

Примечания

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 — это… Что такое Варикап?

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

Варикапы

Назначение

Варикап – это полупроводниковый прибор, предназначенный для использования в качестве управляемой электрическим напряжением емкости.

Варикап работает при обратном напряжении, приложенном к р-n– переходу. Его емкость меняется в широких пределах, а ее значение определяют из выражения

где

— емкость при нулевом напряжении на диоде,— значение контактного потенциала,— приложенное обратное напряжение,n = 2 для резких переходов иn= 3 для плавных переходов. Эквивалентная схема варикапа и его условное обозначение приведены на рис.11.

Наличие индуктивности в экв.схеме варикапа объясняется конструктивными особенностями.

На рис.11,в в качестве примера показано включение варикапа в цепь резонансного LC-контура. Конденсатор С необходим для исключения попадания постоянного напряженияUв цепь U_BX. Его берут достаточно большим: С>>С_B. РезисторR₁также берется большим, так чтобы введение цепи подачи напряжения не приводило к существенному уменьшению добротности варикапа.

Основные параметры.

1. Общая емкость C_B– емкость, измеренная между выводами варикапа при заданном обратном напряжении (десятки – сотни пФ).

2. Коэффициент перекрытия по емкости – отношение емкостей варикапа при двух заданных значениях обратных напряжений: (несколько единиц – несколько десятков единиц).

3. Сопротивление потерь r_n– суммарное активное сопротивление, включая сопротивление кристалла, контактных соединений и выводов варикапа.

4. Добротность ­Q_B– отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте переменного сигнала (Х_С) к сопротивлению потерь при заданном значении емкости или обратного напряжения:

   (десятки – сотни единиц).

5. Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) — отношение относительного изменения емкости к вызвавшему его абсолютному изменению окружающей среды:

Туннельные диоды

Туннельные диоды относятся к группе полупроводниковых приборов, вольтамперные характеристики которых имеют участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Назначение.

Туннельный диод применяется как многофункциональный прибор (усиление, генерация, переключение и др.) для работы преимущественно в области СВЧ. Он может работать и на более низких частотах, однако его эффективность в том случае значительно ниже.

В основе работы туннельного диода лежит туннельный эффект, сущность которого заключается в том, что электрон, обладающий энергией, меньшей, чем высота потенциального барьера, может проникнуть с некоторой вероятностью сквозь этот потенциальный барьер.

В зависимости от функционального назначения туннельные диоды условно подразделяют на усилительные (3И101, 3И104 и др.), генераторные (3И201 – 3И203), переключательные (3И306 – 3И309).

На рис.12 приведены реальные (а) и теоретические (б) ВАХ туннельного диода. Особенность этих характеристик в следующем: в области обратных напряжений ток диода обладает весьма малым дифференциальным сопротивлением. В области прямых напряжений с увеличением напряжений прямой ток сначала растет до пикового значения I_max­при напряжении несколько десятков милливольт, а затем начинает уменьшаться (участок СД, в пределах которого туннельный диод обладает отрицательным дифференциальным сопротивлениемR). Затем ток спадает до минимального значенияI_min­при напряженииU₂порядка несколько сотен милливольт; в дальнейшем прямой ток вновь начинает увеличиваться с ростом напряжения. На рис.12,в показана схема включения туннельного диода. Для туннельного диода можно воспользоваться аппроксимацией вольтамперной характеристики вида:

причем параметры A, B, , подбираются экспериментально.

Основные параметры.

1. Отношение токов в максимуме и минимуме ВАХ .

2. Отрицательной дифференциальной проводимостью (крутизной) на участке СД в точке максимума производной .

3. Отрицательным дифференциальным сопротивлением на участке СД в точке максимума производной .

4. Напряжением переключения , которое определяет возможный скачок напряжения на нагрузке при работе туннельного диода в схеме переключения.

5. Барьерной емкостью диода, которая обычно измеряется при минимуме тока. Емкость в максимуме тока равнаОтличительными способностями туннельного диода являются малое потребление мощности, устойчивость к радиационному излучению, малые габариты и масса. Влияние температуры на ВАХ сравнительно невелико.

Варикап — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Обозначение варикапа на принципиальных электрических схемах.

Варика́п (акроним от англ. vari(able) — «переменный», и cap(acitance) — «[электрическая] ёмкость») — электронный прибор, полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости p-n-перехода от обратного напряжения.

Варикапы с большой рассеиваемой мощностью, предназначенные для умножения частоты в радиопередатчиках, принято называть варакторами.

Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура в частотноизбирательных цепях, деления и умножения частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др.

Принцип работы варикапа

Изменение толщины барьерного обеднённого слоя вблизи p-n-перехода при изменении обратного напряжения, приложенного к структуре. Типичная вольт-фарадная характеристика варикапа.

При отсутствии внешнего приложенного к электродам напряжения в p-n-переходе существуют потенциальный барьер и внутреннее электрическое поле, возникновение которого обусловлено контактной разностью потенциалов между полупроводниками p-типа и n-типа. Нормальный режим работы варикапа — с обратным смещением. Если к диоду приложить обратное напряжение (то есть катод должен иметь положительный потенциал относительно анода), 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, то есть слой полупроводника, лишенный носителей заряда и по сути являющийся диэлектриком. При увеличении обратного напряжения толщина обеднённого слоя увеличивается. Это можно представить в виде плоского конденсатора, в котором обкладками служат необеднённые зоны полупроводника и с переменной толщиной слоя диэлектрика.

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 толщиной базы, далее которой толщина обеднённого слоя увеличиваться не может, по достижении этого минимума ёмкости с ростом обратного напряжения ёмкость не изменяется. Другой ограничивающий фактор управляемого снижения ёмкости — электрический лавинный пробой обеднённого слоя.

Так как при изменении обратного напряжения толщина диэлектрика (обеднённого слоя) изменяется в широких пределах, для характеристики изменения ёмкости варикапа от приложенного напряжения применяют динамическую Cd{\displaystyle C_{d}} или дифференциальную ёмкость — ёмкость для малого изменения напряжения на приборе (малосигнальный параметр). Динамическая емкость определяется как^[1]:

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

где dQ{\displaystyle dQ} — приращение электрического заряда конденсатора;

dU{\displaystyle dU} — приращение напряжения.

Дифференциальная ёмкость согласно ГОСТ Р 52002-2003 — это динамическая ёмкость для очень медленного изменения напряжения.

Зависимость динамической ёмкости от напряжения называется вольт-фарадной характеристикой и для варикапа приближённо описывается функцией:

Cd(U)=C0(1+U/U0)n,{\displaystyle C_{d}(U)={\frac {C_{0}}{(1+U/U_{0})^{n}}},}

где C0{\displaystyle C_{0}} — динамическая ёмкость прибора при нулевом напряжении;

U{\displaystyle U} — приложенное обратное напряжение;

U0{\displaystyle U_{0}} — некоторая константа, имеющая размерность напряжения и приближённо равная прямому напряжению p-n-перехода, при небольших прямых токах, для кремниевого прибора около 0,55 В;

n{\displaystyle n} — показатель, характеризующий величину градиента концентрации легирующей примеси в p-n-переходе, для переходов с плавным, например, линейным изменением концентрации n≈0,33{\displaystyle n\approx 0,33}, для резких переходов n≈0,5{\displaystyle n\approx 0,5}, для переходов со ступенчатым легированием n{\displaystyle n} может достигать 2^[2].

Конструкция

Внутренняя структура варикапа.

Обычно варикапы изготавливаются по планарно-эпитаксиальной технологии, позволяющей оптимизировать электрические параметры прибора. На пластине сильнолегированного низкоомного полупроводника (обычно с n-типом проводимости, обозначается n⁺) выращивается высокоомная плёнка низколегированного полупроводника n-типа. C помощью диффузии акцепторной примеси на поверхности эпитаксиального слоя формируется низкоомный анодный слой p-типа.

Боковая поверхность структуры для защиты выходящего на поверхность p-n-перехода и увеличения обратного пробойного напряжения покрывается легкоплавким стеклом.

Основные электрические и эксплуатационные 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, ток утечки, протекающий через варикап при заданном обратном напряжении.
• Максимально допустимое постоянное обратное напряжение.
• Максимально допустимая рассеиваемая мощность.
• Температурные коэффициенты ёмкости и добротности — отношение относительного изменения ёмкости (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.

Модели варикапов

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

Применение

Варикапы применяются для перестройки частоты генераторов, управляемых напряжением в синтезаторах частоты и генераторах качающейся частоты, настройки частотноизбирательных цепей с управлением напряжением, в системах автоматической подстройки частоты различных радиоприёмных устройств, в параметрических усилителях, для умножения частоты в умножителях частоты, управляемых напряжением фазовращателях и других.

См. также

Примечания

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

Варикапы | Основы электроакустики

 

Варикап – это полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости емкости от обратного напряжения. При подаче на диод обратного напряжения изменяется ширина p-n перехода, а следовательно, изменяется величина барьерной емкости. Таким образом, имеется возможность изменять емкость электрическим способом. Основной характеристикой варикапа является зависимость его емкости от обратного напряжения – вольт-фарадная характеристика. На рис.4.18 а, б показаны схематическое изображение варикапа и его вольт-фарадная характеристика.

Основными параметрами варикапов являются: 

• общая емкость СОБЩ
• коэффициент перекрытия по емкости КПЕР
• добротность Q
• постоянный обратный ток IОБР.П
• постоянное обратное напряжение UОБР.П
• рассеиваемая мощность PРАС 

Рис.4.18. Схематическое изображение варикапа (а) и его вольт-фарадная характеристика (б) 

Варикапы широко используются для электронной настройки колебательных контуров радиоприемных устройств и средств связи (рис.4.19). 

Рис.4.19. Схема включения варикапа для электронной настройки 

Варикап VD1 через разделительный конденсатор C2 подключается параллельно конденсатору С1 колебательного контура. Изменяя напряжение на выходе цифро-аналогового преобразователя, можно менять емкость диода и общую емкость контура, тем самым изменяя частоту резонанса контура и его настройку.

Варикапы применяют в основном в тех устройствах где требуется изменение емкости. Наиболее частое применение у варикапов- это использование их в качестве регулируемых конденсаторов в колебательных контурах. Изменяя приложенное к нему напряжение можно управлять емкостью варикапа и следовательно менять резонансную частоту колебательного контура. Поэтому варикапы чаще всего применяют в радиоприемных устройствах: тюнерах телевизоров или радиоприемников. 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 (Uобр). Меняя величину обратного напряжения (Uобр), 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.

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 (Uобр. 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 (СВ). 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 змеряют, 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 (Cmin и Cmaх). 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 (Uобр). Это и есть Cmax и Cmin.  У импортных варикапов обычно указывается только одна величина Cd (или Cд) – ёмкость варикапа при обратном напряжении, близком к максимальному. Например, для импортного варикапа BB133 ёмкость Cd = 2,6 pF (пФ) при обратном напряжении VR = 28 V. Коэффициент перекрытия по ёмкости (Кс). Этот параметр показывает отношение максимальной ёмкости варикапа к минимальной.  Например, для отечественного варикапа КВ109А коэффициент перекрытия Кс равен 5,5. Ёмкость при Uобр = 25 В составляет 2,8 пФ (Это — Cmin). 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 -Cmax).

В документации на импортные варикапы так же указывается коэффициент перекрытия. Он называется capacitance ratio. Как видим, берётся ёмкость варикапа при обратном напряжении в 0,5 V и в 28 V. 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.

 

Варикапы и варикапные сборки: Общая информация

 

Варикап — это полупроводниковый диод, в котором используется зависимость барьерной емкости \(p\)-\(n\)-перехода от обратного напряжения.

Варикапы удобны тем, что, подавая на них постоянное напряжение смещения, можно дистанционно и практически безынерционно менять их емкость. Варикапы применяют для перестройки частоты колебательных контуров и фильтров, усиления и генерации СВЧ сигналов или автоподстройки частоты.

Принцип работы варикапа основан на свойствах барьерной емкости \(p\)-\(n\)-перехода, причем при увеличении обратного напряжения на переходе его емкость уменьшается. Эта емкость имеет относительно высокую добротность, низкий уровень собственных шумов и не зависит от частоты вплоть до миллиметрового диапазона. Теоретическое значение емкости варикапа можно определить по формуле: \( C = C_0 \sqrt{1 — \frac{U_В}{\varphi_к}} \), где \(C_0\) — начальная емкость варикапа (при \(U_В\) = 0), \(U_В\) — напряжение на варикапе, \(\varphi_к\) — контактная разность потенциалов. Пример зависимости емкости варикапа от напряжения (вольт-фарадная характеристика) приведен на рис. 2.6‑1.

 

Рис. 2.6-1. Зависимость емкости варикапа от обратного напряжения

 

Варикапы делятся на подстроечные и умножительные (или варакторы).

Подстроечные варикапы используются для изменения резонансной частоты колебательных систем, например, в системах автоматической настройки, в управляемых фильтрах и т.п. Поскольку очень часто для увеличения перекрытия по емкости в схемах применяется последовательное встречное включение варикапов, широкое распространение получили варикапные сборки. По сути это два или более варикапа с идентичными параметрами, собранные в одном корпусе и имеющие один общий вывод катода или анода (иногда они могут быть и электрически не связаны). Такие сборки могут включаться как для управления одним контуром, так и для нескольких не связанных контуров, обеспечивая идентичность управления в них.

Умножительные варикапы (варакторы) применяются в генераторах, смесителях, частотных преобразователях и т.п. для умножения частоты сигнала. При этом используется нелинейность вольт-фарадной характеристики (при подаче на варикап гармонического напряжения через него протекает ток, в котором проявляются высшие гармоники из-за того, что емкость зависит от напряжения). Особенностью варакторов является то, что повышенная нелинейность вольт-фарадной характеристики является основным требованием, определяющим характеристики устройств на их основе. Чем выше такая нелинейность, тем выше амплитуда соответствующих гармоник в токе, проходящем через варактор, а это основное условие повышения КПД частотного преобразования.

Иногда для усиления нелинейности вольт-фарадной характеристики варакторы включаются в режиме с частичным открыванием \(p\)-\(n\)-перехода. В этом случае используется не только барьерная емкость перехода, но к ней добавляется диффузионная емкость, которая меняется от напряжения значительно сильнее. Поскольку в этом случае за счет прямого тока диода существенно возрастают потери, то применение подобного режима зависит от частотных свойств конкретного прибора (самым важным является время выключения диода, определяющее процесс его закрывания). В высокочастотных варакторах применяются меры по снижению времени выключения. Для этого используется такой же принцип, как и в импульсных диодах с накоплением заряда (база диода выполняется с неравномерной концентрацией примесей). Наибольший КПД варакторного преобразователя частоты достигается в режиме с частичным открыванием перехода при применении диодов с накоплением заряда. Основное применение варакторы находят в диапазоне СВЧ, поэтому и большая часть этих приборов относится к классу умножительных диодов СВЧ.

 

 

< Предыдущая		Следующая >

варикап — это… Что такое варикап?

ВАРИКА́П -а; м. [от англ. vari(able) — переменный и cap(acity) — емкость]. Спец. Полупроводниковый прибор, применяемый в радиоэлектронных устройствах как электрически управляемый конденсатор емкости.

[от англ. vari(able) — переменный и cap(acity) — ёмкость], полупроводниковый диод, в котором используется свойство электронно-дырочного перехода изменять свою ёмкость в зависимости от приложенного к нему напряжения (смещения). Применяется преимущественно как управляемый конденсатор переменной ёмкости (обычно от единиц до сотен пФ), например, для настройки высокочастотных колебательных контуров.

ВАРИКА́П (от англ. vari(able) — переменный и cap(acity) — емкость), полупроводниковый диод (см. ДИОД), емкость (см. ЕМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ) которого зависит от приложенного напряжения (смещения). Применяется преимущественно как управляемый конденсатор (см. КОНДЕНСАТОР (электрический)) переменной емкости (0,01 – 100 пФ), например, для настройки высокочастотных колебательных контуров, либо как элемент с нелинейной емкостью (параметрический диод).
Основой полупроводникового диода является электронно-дырочный p-n-переход. Электронно-дырочный переход имеет минимальную концентрацию подвижных зарядов, поэтому его можно рассматривать как слой диэлектрика между p- и n-областями кристалла, по обе стороны которого находятся противоположно заряженные ионы доноров и акцепторов, имеющие подвижные заряды. Таким образом, p-n-переход можно представить как электрический конденсатор, обкладками которого являются его границы, а диэлектриком — область пространственного заряда.
Емкость p-n-перехода имеет две составляющие: барьерную (зарядовую) и диффузионную. Варикапы представляют собой диоды, которые используются при обратном напряжении, когда проявляется только барьерная емкость электронно-дырочного перехода.
Барьерная емкость p-n-перехода — емкость варикапа — определяется аналогично емкости плоского конденсатора с диэлектриком:
С = ee_оS¤d,
где S — площадь p-n-перехода, d — ширина области объемного заряда, e — диэлектрическая проницаемость, e_о — электрическая постоянная.
Если к p-n-переходу приложить обратное напряжение, ширина увеличится, что приведет к изменению величины барьерной емкости. Изменение барьерной емкости p-n-перехода при подаче на диод переменного напряжения используется для создания усилителей, в которых переменный конденсатор служит элементом, накапливающим электромагнитную энергию, и способным изменять свое реактивное сопротивление за счет внешнего источника энергии. Такие диоды называются параметрическими, и для них требуются монокристаллы с большой подвижностью электронов и дырок.
Помимо емкости характеристики варикапа определяются сопротивлением p-n-перехода и сопротивлением базы прибора, соединенным последовательно с p-n-переходом. Варикапы обладают высокой добротностью (малыми потерями электрической энергии), которая, независимо от того, на каких частотах работает варикап, тем выше, чем меньше сопротивление базы прибора и чем больше сопротивление p-n-перехода.
Благодаря малым температурным коэффициентам емкости, независимостью от частоты практически во всем диапазоне радиочастот, стабильностью параметров во времени варикапы достаточно широко используются. Возможность электрического управления значением емкости применяется для дистанционной и безынерционной перестройки резонансной частоты колебательного контура.
Основными полупроводниковыми материалами для изготовления варикапов являются кремний (см. КРЕМНИЙ), германий (см. ГЕРМАНИЙ) и арсенид галлия (см. ГАЛЛИЯ АРСЕНИД).