Varicap-diode:de ultieme gids voor elektronicaliefhebbers

Elektronische circuits bestaan ​​meestal uit weerstanden, condensatoren, transformatoren, diodes, transistors, enz. Nu zullen we een speciaal diodetype introduceren. Varicap-diodes bieden nuttige toepassingen in de elektronica-industrie en bieden spanningsgestuurde capaciteit. Bovendien regelen ze de spanningsniveaus in een fasevergrendelde lus.

Deze kunnen worden geïntegreerd in alle soorten afstemcircuits en frequentie-RF-circuits. Dus laten we een kijkje nemen! Het begrijpen van het doel en het operationele proces kan verwarrend lijken. Daarom hebben we deze gids samengesteld om u te helpen meer kennis op te doen over dit specifieke onderwerp.

(Afbeelding met een varicap-diode. Bron:Wikimedia Commons)

1. Wat is Varicap-diode?

Een gevarieerde (variabele capaciteit) diode is een unieke halfgeleider, ook wel varactor of afstemdiode genoemd. Het biedt spanningsafhankelijke capaciteitsexploitatiemogelijkheden op de pn-overgang van het apparaat in omgekeerde voorspanning.

2. Varicap-diodetype en toepassing

Hieronder bespreken we de verschillende typen varicap-diodes. We hebben ook enkele toepassingen van de component onderzocht.

Typen

Hyper abrupt

Hyperabrupte varactordiodes zorgen voor een hogere capaciteit voor de spanningsvariatie. Het werkt ook met lage spanning.

Abrupt

Het meest voorkomende type, abrupte varactordiodes, bestaat uit een constante dopingconcentratie. In dit geval ondergaat de kruising een dopingprofiel, gecontroleerd tijdens het productieproces. Bovendien blijft de capaciteit omgekeerd evenredig met de ontvangen spanning.

Toepassing

RF-filters:

Werkelijke varicap-diodes kunnen ook filterafstemmingsmogelijkheden bieden. Het gaat dus om het implementeren van tracking-ontvangers in front-end circuits, waardoor ze inkomende signalen kunnen monitoren. Vervolgens regelt een gecontroleerde spanning deze functionaliteit via een digitaal-naar-analoogomzetter.

Spanningsgestuurde oscillatoren (VCO):

Verschillende RF-configuraties omvatten spanningsgestuurde oscillatoren met de varactordiode, een bijzonder cruciaal onderdeel. De primaire werking van de oscillatoren omvat met name gefaseerde vergrendelde lussen. Om deze reden bieden deze toepassingen voor frequentiesynthesizers of FM-demodulatoren.

(Synthesizers bevatten een VCO, die gebruik maakt van een varicap-diode)

Frequentie- en fasemodulatoren maken ook gebruik van varicap-diodes. Frequentiemodulatoren integreren deze meestal over de elektrische resonantie in de generator, waardoor de diode audio kan ontvangen. Als gevolg hiervan zal de capaciteit gelijk zijn aan de audio. Dit activeert het frequentiesignaal om op en neer te bewegen, passend bij de capaciteitsvariaties onder die omstandigheden.

In fasemodulatoren wordt een varicap-diode opgenomen in het faseverschuivingsnetwerk, waarin een frequentiesignaal stroomt. De diode ontvangt audio, waardoor de fase wordt gesynchroniseerd met de audiovariaties.

3. Werkingsprincipe van Varicap-diode

Varicap-diode schakelschema:

(Afbeelding van een varicap-diode op een circuit. Bron:Wikimedia Commons)

Symbool variabel diodecircuit:

Als u naar het onderstaande schematische symbool van de variabele diode kijkt, zult u zien dat deze vergelijkbare kenmerken heeft als een PN-junctiediode. Dat komt omdat de varicap-diode een anode- en een kathode-aansluiting heeft. U vindt de diode aan het ene uiteinde van het symbool. Ondertussen bevat het tegenoverliggende uiteinde twee parallelle lijnen om de geleidende platen van de condensator te symboliseren. Ten slotte vertegenwoordigt de ruimte tussen die twee platen het isolerende diëlektricum.

(Variabele diode circuit symbool. Bron:Wikimedia Commons)

Formule:

Drie parameters beïnvloeden de capaciteit van de varicap-diode. Ze omvatten de doorsnede van de PN-overgang (A), de halfgeleider (Ɛ) en de breedte van het uitputtingsgebied (d). U vindt dit bijvoorbeeld weergegeven in de onderstaande formule:

Werkingsprincipe:

We zullen naar een condensator moeten kijken om het werkingsprincipe van de varicap-diode te begrijpen. Condensatoren bevatten over het algemeen twee geleidende metalen platen met daartussen een isolerend diëlektricum. De P-type en N-type gebieden van een varicap-diode dienen als de geleidende platen, terwijl het uitputtingsgebied het diëlektricum vertegenwoordigt. Vanwege zijn vergelijkbare constructie en ontwerp als een condensator, produceert de diode capaciteit.

(Een varicap-diode heeft dezelfde eigenschappen als een condensator)

De capaciteit neemt toe als de diëlektrische constante toeneemt of als beide platen een kortere afstand tussen hen hebben. Een grotere afstand tussen de twee of afnemende diëlektrische constante resulteert echter in een verminderde capaciteit. Tegelijkertijd is de capaciteit van een varactordiode evenredig met het dwarsdoorsnedegebied van de junctie. En het is omgekeerd evenredig met de breedte van het uitputtingsgebied. Er treden dus capaciteitsveranderingen op als gevolg van de aanpassing van de breedte van het uitputtingsgebied.

Daarom zal een varicap-diode in omgekeerde voorspanning bijgevolg veranderingen in het uitputtingsgebied veroorzaken. Om te beginnen zal de regio groter worden zodra de omgekeerde bias toeneemt. In feite wordt de ruimte tussen het N-type en het P-type groter, waardoor de capaciteit afneemt. Door de omgekeerde voorspanning te verminderen, zal het uitputtingsgebied strakker worden. Als gevolg hiervan zal de afstand tussen zowel de N-type als de P-type gebieden korter worden, waardoor de capaciteit toeneemt. Daarom verandert het toepassen van verschillende sperspanning op de varicap-diode de capaciteit.

(Afbeelding die de effecten van verhoogde en verminderde capaciteit laat zien. Bron:Wikimedia Commons)

Basisbediening:

De varicap-diode slaat in wezen elektrische lading op. In dat geval werken deze componenten over het algemeen in omgekeerde voorspanning. Het toepassen van omgekeerde voorspanning zorgt ervoor dat de n-regio elektronen en p-regio gaten scheiden van de junctie van het apparaat.

4. Varicap Diode-equivalent circuit

Een varicap-diode bevat meestal verschillende hoofdcomponenten, die kunnen helpen bij het ontwerpen van een diode-equivalent circuit.

De verschillende verdwaalde elementen omvatten:

• Rs (V):Dit dient als de serieweerstand voor de diode. Het verschilt op basis van de ontvangen spanning.
• CJ (V):Het hier gebruikte aspect vertoont de variabele junctiecapaciteit. Het dient ook als het primaire element van de diode.
• LP:Binddraden in de varicap-diode zorgen ervoor dat de seriecapaciteit toeneemt.
• CP:Dit vertegenwoordigt de parasitaire capaciteit. Door draden in de diode aan te sluiten, zal de parasitaire capaciteit rond de kruising toenemen.

5. De temperatuurcoëfficiënt van de condensator

U kunt de capaciteitscoëfficiënttemperatuur van de varicap-diode berekenen met de onderstaande formule:

De ΔC-waarde vertegenwoordigt de capaciteitsveranderingen van het apparaat als gevolg van temperatuurvariaties (T1 – T0) tijdens omgekeerde voorspanning. We kijken bijvoorbeeld naar een waarde waarbij C₀ komt overeen met 29 pF met een VR van 3V en T₀ bij 25. Vervolgens berekenen we de capaciteitsveranderingen van de varicap-diode. Met de VR-waarde, de TC_C zal variëren. Als gevolg hiervan wordt de maximale frequentie ingesteld op 600 MHz. U kunt dan de reactantie van de varicap-diode berekenen met de formule:

Conclusie

Zoals we al weten, dienen varicap-diodes als een nuttig onderdeel op elektronische en RF-circuits. Bovendien bevat dit apparaat vergelijkbare functies als een condensator, wat aantoont hoe het de capaciteit verhoogt of verlaagt door een variantie van sperspanning. We hebben ook enkele van zijn toepassingen bekeken, waaronder RF-filters, VCO's en frequentie- en fasemodulatoren. Over het algemeen bestaan ​​er tegenwoordig twee soorten varactordiodes, abrupt en hyper abrupt. Elk dient zijn unieke doel voor capaciteit.

Heeft u vragen over een varicap diode? Neem gerust contact met ons op!