Diode varactor, còn được gọi là varicap, VVC (điện dung thay đổi điện áp, hoặc diode điều chỉnh, là một loại diode bán dẫn có điện dung phụ thuộc vào điện áp thay đổi trên điểm nối p-n của nó khi thiết bị được phân cực ngược.

Phân cực ngược về cơ bản có nghĩa là khi diode chịu một điện áp ngược lại, nghĩa là điện áp dương ở cực âm và âm ở cực dương.

Cách hoạt động của một diode varactor phụ thuộc vào điện dung hiện có trên đường giao nhau p-n của diode trong khi nó ở chế độ phân cực ngược.

Trong điều kiện này, chúng ta thấy một vùng các điện tích không được che phủ được thiết lập trên các cạnh p-n của đường giao nhau, điều này cùng dẫn đến một vùng suy giảm trên đường giao nhau.

Vùng cạn kiệt này thiết lập chiều rộng cạn kiệt trong thiết bị, được ký hiệu là Wd.

Sự chuyển đổi trong điện dung do các điện tích không được bao phủ cô lập được giải thích ở trên, qua tiếp giáp p-n có thể được xác định bằng công thức:

CT = e. A / Wd

Ở đâu e là khả năng cho phép của vật liệu bán dẫn, ĐẾN là p-n khu vực giao nhau và W d là chiều rộng suy giảm.

Làm thế nào nó hoạt động

Hoạt động cơ bản của một varicap hoặc một diode varactor có thể được hiểu theo cách giải thích sau:

Khi đặt một diode varactor hoặc varicap với điện thế phân cực ngược tăng lên, dẫn đến tăng chiều rộng suy giảm của thiết bị, do đó làm cho điện dung chuyển tiếp của nó giảm.

Hình ảnh sau đây cho thấy phản ứng đặc tính điển hình của một diode varactor.

Chúng ta có thể thấy sự sụt giảm mạnh ban đầu trong CT để đáp ứng với sự gia tăng tiềm năng phân biệt ngược. Thông thường, phạm vi cho điện áp phân cực ngược VR được áp dụng cho điốt có điện dung thay đổi được giới hạn ở 20 V.

Đối với điện áp phân cực ngược được áp dụng, điện dung chuyển tiếp có thể được tính gần đúng bằng công thức:

CT = K / (VT + VR) ⁿ

Trong công thức này, K là hằng số được xác định bởi loại vật liệu bán dẫn được sử dụng và cách bố trí cấu tạo của nó.

VT là tiềm năng đầu gối , như mô tả dưới đây:

VR là lượng tiềm năng phân cực ngược được áp dụng trên thiết bị.

n có thể có giá trị 1/2 đối với điốt varicap sử dụng mối nối hợp kim và 1/3 đối với điốt sử dụng mối nối khuếch tán.

Trong trường hợp không có điện áp phân cực hoặc ở phân cực điện áp bằng không, điện dung C (0) là hàm của VR có thể được biểu thị qua công thức sau.

CT (VR) = C (0) / (1 + | VR / VT |) ⁿ

Mạch tương đương Varicap

Các ký hiệu tiêu chuẩn (b) và mạch gần đúng tương đương (a) của một diode varicap được biểu diễn trong hình ảnh sau:

Hình bên phải cung cấp một mạch mô phỏng gần đúng cho một diode varicap.

Là một diode và trong vùng phân cực ngược, điện trở trong mạch tương đương RR được hiển thị lớn đáng kể (khoảng 1M Ohms), trong khi giá trị điện trở hình học Rs khá nhỏ. Giá trị của CT có thể thay đổi từ 2 đến 100 pF tùy thuộc vào loại varicap được sử dụng.

Để đảm bảo rằng giá trị RR đủ lớn, để dòng rò có thể là nhỏ nhất, vật liệu silicon thường được chọn cho một diode varicap.

Vì một diode varicap được cho là được sử dụng đặc biệt trong các ứng dụng tần số cực cao, nên không thể bỏ qua LS điện cảm mặc dù nó có thể trông nhỏ, ở dạng nanohenries.

Ảnh hưởng của độ tự cảm nhỏ này có thể là một khá lớn, và có thể được chứng minh qua những điều sau đây tính toán điện kháng .

“bộ chỉnh lưu làm gì trên xe máy ”

XL = 2πfL, Hãy tưởng tượng, tần số ở 10 GHz và LS = 1 nH, sẽ tạo ra trong XLS = 2πfL = (6.28) (10¹⁰Hz) (10^-9F) = 62,8 Ohms. Điều này trông quá lớn và không nghi ngờ gì nữa, đây là lý do tại sao điốt varicap được chỉ định với một giới hạn tần số nghiêm ngặt.

Nếu chúng ta giả sử dải tần là phù hợp và các giá trị của RS, XLS thấp so với các phần tử nối tiếp khác, thì mạch tương đương được chỉ ra ở trên có thể được thay thế đơn giản bằng một tụ điện thay đổi được.

Hiểu Datasheet của Varicap hoặc Varactor Diode

Toàn bộ Datasheet của một diode varicap điển hình có thể được nghiên cứu từ hình sau:

Tỷ lệ C3 / C25 trong hình trên, thể hiện tỷ số giữa mức điện dung khi diode được đặt với điện thế phân cực ngược trong khoảng từ 3 đến 25 V. Tỷ lệ này giúp chúng ta tham khảo nhanh về mức độ thay đổi trong điện dung đối với điện thế phân cực ngược được áp dụng.

Các con số đáng khen Q cung cấp phạm vi xem xét để triển khai thiết bị cho một ứng dụng và nó cũng là tỷ lệ của tỷ lệ giữa năng lượng được thiết bị điện dung tích trữ trong mỗi chu kỳ với năng lượng bị mất hoặc tiêu hao trong mỗi chu kỳ.

Vì sự mất năng lượng chủ yếu được coi là thuộc tính âm, nên giá trị tương đối của tỷ lệ càng cao thì càng tốt.

Một khía cạnh khác trong biểu dữ liệu là tần số cộng hưởng của một diode varicap. Và điều này được xác định bởi công thức:

fo = 1 / 2π√LC

Yếu tố này quyết định phạm vi ứng dụng của diode varicap.

Hệ số nhiệt độ điện dung

Đề cập đến biểu đồ trên, hệ số nhiệt độ điện dung của một diode varicap có thể được đánh giá bằng công thức sau:

trong đó ΔC biểu thị sự thay đổi điện dung của thiết bị do sự thay đổi nhiệt độ được biểu thị bằng (T1 - T0), đối với điện thế phân cực ngược cụ thể.

Ví dụ, trong biểu dữ liệu trên, nó cho thấy C0 = 29 pF với VR = 3 V và T0 = 25 độ C.

Sử dụng dữ liệu trên, chúng ta có thể đánh giá sự thay đổi điện dung của diode varicap, đơn giản bằng cách thay thế giá trị nhiệt độ mới T1 và TCC từ đồ thị (0,013). Có VR mới, giá trị TCC có thể thay đổi tương ứng. Xem lại biểu dữ liệu, chúng tôi thấy rằng tần số tối đa đạt được sẽ là 600 MHz.

Sử dụng giá trị tần số này, điện kháng XL của biến thể có thể được tính như sau:

XL = 2πfL = (6.28) (600 x 10¹⁰Hz) (2,5 x 10^-9F) = 9,42 Ohms

Kết quả là một cường độ tương đối nhỏ và có thể chấp nhận được nếu bỏ qua nó.

Ứng dụng của Diode Varicap

Một số lĩnh vực ứng dụng tần số cao của diode varactor hoặc varicap được xác định bởi thông số kỹ thuật điện dung thấp là bộ lọc thông dải có thể điều chỉnh, thiết bị điều khiển tần số tự động, bộ khuếch đại tham số và bộ điều chế FM.

Ví dụ dưới đây cho thấy diode varicap được thực hiện trong một mạch điều chỉnh.