Varicap - Varicap
 A varicap belső szerkezete
| |
| típus | Passzív |
|---|---|
| Feltalált | 1961 |
| PIN konfiguráció | anód és katód |
| Elektronikus szimbólum | |
 | |
Az elektronikában a varicap dióda , a varactor dióda , a változó kapacitású dióda , a változtatható reaktancia dióda vagy a dióda egy olyan típusú dióda, amelyet a fordított előfeszítésű p – n csomópont feszültségfüggő kapacitásának kiaknázására terveztek .
Alkalmazások
A varaktorokat feszültségvezérelt kondenzátorként használják . Általában feszültségvezérelt oszcillátorokban , paraméteres erősítőkben és frekvencia szorzókban használják őket . A feszültségvezérelt oszcillátorok számos alkalmazással rendelkeznek, például frekvenciamodulációval az FM-adókhoz és a fáziszárt hurkokhoz . Fáziszárt hurkokat használnak a frekvenciaszintetizátorokhoz, amelyek sok rádiót, televíziót és mobiltelefont hangolnak .
A varicapot a Ramo Wooldridge Corporation Pacific Semiconductor leányvállalata fejlesztette ki, aki 1961 júniusában kapott szabadalmat a készülékre. Az eszköz nevét a TRW Semiconductors , a Pacific Semiconductors utódja 1967 októberében "Varicap" néven is védjegyként viselte . Ez segít megmagyarázni az eszköz különböző neveit, amikor azok használatba kerültek.
Művelet
A varaktorok fordított előfeszített állapotban működnek , így a készüléken nem folyik egyenáram. A fordított előfeszítés mértéke szabályozza a kimerülési zóna vastagságát és ezért a varactor csatlakozási kapacitását. A kapacitásváltozás jellemzője a doppingprofiltól függ. Általában a hirtelen csatlakozási profil esetében a kimerülési régió vastagsága arányos az alkalmazott feszültség négyzetgyökével , és a kapacitás fordítottan arányos a kimerülési régió vastagságával. Így a kapacitás fordítottan arányos az alkalmazott feszültség négyzetgyökével. A hiper-hirtelen elágazási profilnál a kapacitásváltozás nem lineárisabb, de a hiper-hirtelen varicaps nagyobb kapacitás-variációval rendelkezik, és alacsonyabb feszültséggel is képes működni.
Valamennyi dióda rendelkezik ezzel a változó csatlakozási kapacitással, de a varaktorokat a hatás kihasználására és a kapacitásváltozás növelésére gyártják.
Az ábra egy varactor keresztmetszetét mutatja be az ap – n kereszteződésből kialakított kimerítő réteggel. Ez a kimerítő réteg készülhet MOS-ból vagy Schottky-diódából is . Ez fontos a CMOS és az MMIC technológiában.
Használja áramkörben
Áramkörök hangolása
A varicap dióda áramkörben való használatához általában meg kell kötni egy hangolt áramkört , általában a meglévő kapacitással vagy induktivitással párhuzamosan. Egy DC feszültséget fordított előfeszítésként alkalmazunk a varicapon át annak kapacitásának megváltoztatására. Az egyenáramú előfeszültséget be kell akadályozni, hogy belépjen a hangolt áramkörbe. Ez úgy valósítható meg, hogy a varicap dióda maximális kapacitásának körülbelül 100-szor nagyobb kapacitású egyenáramú blokkoló kondenzátort sorba helyezi vele, és a nagy impedanciájú forrásból származó DC-t a varicap katód és a blokkoló kondenzátor közötti csomópontra helyezi. a mellékelt ábra bal felső áramkörében látható.
Mivel a varicapban nincs jelentős egyenáram, a katódot az egyenáramú vezérlőfeszültség-ellenálláshoz visszacsatlakozó ellenállás értéke valahol a 22 kΩ és 150 kΩ közötti tartományban lehet, a blokkoló kondenzátor pedig az 5–100 nF tartományban van. . Néha nagyon magas Q hangolású áramkörök esetén egy induktivitást sorba helyeznek az ellenállással, hogy növeljék a vezérlőfeszültség forrásimpedanciáját, hogy ne terheljék meg a hangolt áramkört és ne csökkentsék annak Q-ját.
Egy másik általános konfiguráció két back-to-back (anódról anódra) varicap diódát használ. (Lásd a bal alsó áramkört az ábrán.) A második varicap hatékonyan helyettesíti a blokkoló kondenzátort az első áramkörben. Ez a felére csökkenti a teljes kapacitást és a kapacitástartományt, de előnye, hogy csökkenti az egyes eszközök feszültségének váltakozó áramú komponensét, és szimmetrikus torzítással rendelkezik, ha az AC komponens elegendő amplitúdóval rendelkezik ahhoz, hogy a varicapokat előreirányítsa.
Varicaps hangoló áramkörök tervezésekor általában jó gyakorlat, ha a varicap feszültségének váltakozó feszültségű komponensét minimális szinten tartják, általában 100 mV-nál kisebb csúcstól csúcsig, hogy megakadályozzák a dióda kapacitásának túlzott megváltoztatását, ami torzítaná a jelet és adjon hozzá harmonikusokat.
Egy harmadik áramkör, a diagram jobb felső részén, két soros csatlakozású varicapot és külön DC és AC jel földelő csatlakozásokat használ. Az egyenáramú földet hagyományos földi szimbólumként, az váltakozó áramú földet nyitott háromszögként mutatjuk be. A talajok szétválasztása gyakran történik annak érdekében, hogy (i) megakadályozzuk a nagyfrekvenciás sugárzást az alacsony frekvenciájú földi csomópontból, és (ii) megakadályozzuk az egyenáramú áramokat az AC földi csomópontban az aktív eszközök, például a varicaps és a tranzisztorok előfeszítésének és működési pontjainak megváltoztatására.
Ezek az áramköri konfigurációk meglehetősen elterjedtek a televíziós tunerekben és az elektronikusan hangolt AM és FM vevőkben, valamint más kommunikációs berendezésekben és ipari berendezésekben. A korai varicap diódákhoz általában 0–33 V fordított feszültségtartományra volt szükség, hogy elérjék teljes kapacitás-tartományukat, amelyek még mindig meglehetősen kicsiek voltak, körülbelül 1–10 pF. Ezeket a típusokat széles körben alkalmazták - és még mindig használják - a televíziós tunerekben, amelyek magas vivőfrekvenciái csak kis kapacitásváltozásokat igényelnek.
Idővel olyan varicap diódákat fejlesztettek ki, amelyek nagy, 100–500 pF kapacitástartományt mutattak, viszonylag kicsi változásokkal a fordított előfeszítésben: 0–5 V vagy 0–12 V. Ezek az újabb eszközök lehetővé teszik az elektronikusan hangolt AM műsorszóró vevők megvalósítását is mint sok más, nagy kapacitást igénylő funkció sokasága változik alacsonyabb frekvenciákon, általában 10 MHz alatt. A kiskereskedelmi egységekben használt elektronikus biztonsági címkeolvasók egyes kialakításai megkövetelik ezeket a nagy kapacitású varicapokat feszültségvezérelt oszcillátoraikban.
Az oldal tetején ábrázolt három vezetékes eszköz általában két közös katóddal összekapcsolt varicaps egy csomagban. A jobb oldalon ábrázolt fogyasztói AM / FM tunerben egyetlen kettős csomagú varicap dióda állítja be mind a tartály áramkör (a főállomás választó), mind pedig a helyi oszcillátor mindegyikének egyetlen varicapját. Ennek célja a költségek csökkentése - két kettős csomagot lehetett volna használni, egyet a tartályhoz és egyet az oszcillátorhoz, összesen négy diódát, és ezt ábrázolták az LA1851N AM rádióchip alkalmazásadatai. Az FM szakaszban használt két alacsonyabb kapacitású kettős varaktort (amely körülbelül százszor nagyobb frekvencián működik) piros nyilak emelik ki. Ebben az esetben négy diódát használnak, egy kettős csomagon keresztül a tartály / sávszűrőhöz és egy kettős csomagon keresztül a helyi oszcillátorhoz.
Harmonikus szorzás
Bizonyos alkalmazásokban, például a harmonikus szorzásban , egy váltakozó feszültségen nagy jel amplitúdójú váltakozó feszültséget alkalmaznak, hogy szándékosan változtassák a kapacitást jelsebességen, hogy magasabb harmonikusokat hozzanak létre, amelyeket szűréssel vonnak ki. Ha megfelelő amplitúdójú szinuszhullám-áramot hajtunk be egy varicapon keresztül, a kapott feszültség háromszög alakúra "csúcsosodik", és páratlan harmonikusok keletkeznek.
Ez volt az egyik korai módszer, amelyet mérsékelt teljesítményű, 1-2 GHz-es, 1–5 Wattos mikrohullámú frekvenciák előállítására használtak kb. 20 Wattból 3-400 MHz frekvencián, mielőtt megfelelő tranzisztorokat fejlesztettek volna ki ezen a magasabb frekvencián történő működésre. Ezt a technikát még mindig jóval magasabb frekvenciák előállítására használják, a 100 GHz - 1 THz tartományban, ahol még a leggyorsabb GaAs tranzisztorok sem mindig megfelelőek.
A varicap diódák helyettesítői
Valamennyi félvezető elágazó eszköz megmutatja a hatást, ezért varicapsként is használhatók, de jellemzőiket nem fogják ellenőrizni, és kötegenként változhatnak.
A népszerű rögtönzött varicapok közé tartoznak a LED-ek, az 1N400X sorozatú egyenirányító diódák, a Schottky egyenirányítók és a különböző tranzisztorok, amelyeket kollektor-alap csomópontjaik fordított előfeszítéssel használnak, különösen a 2N2222 és a BC547 . A tranzisztorok emitter-bázis csatlakozásainak fordított előfeszítése szintén elég hatékony, amíg az AC amplitúdója kicsi marad. A maximális fordított előfeszítési feszültség általában 5 és 7 Volt között van, mielőtt a lavina folyamat elkezdődik. A nagyobb áramú, nagyobb csatlakozási területtel rendelkező eszközök általában nagyobb kapacitással rendelkeznek. A Philips BA 102 varikap dióda és egy közös Zener dióda, a 1N5408 , mutatnak hasonló változásokat csomópont kapacitás, azzal a kivétellel, hogy a BA-102 rendelkezik egy meghatározott halmaza kapcsolatos jellemzőit csomópont kapacitás (mivel a 1N5408 nem), és a „Q " az 1N5408 értéke kisebb.
A varicap kifejlesztése előtt motoros változó kondenzátorokat vagy telíthető magú reaktorokat használtak elektromosan szabályozható reaktanciaként a VCO-kban és olyan berendezések szűrőiben, mint a második világháború német spektrum analizátorai .
Lásd még
- Heterostructure barrier varactors olyan szimmetrikus félvezető eszközök változtatható kapacitással.
- A ferroelektromos kondenzátorok változó kapacitással rendelkeznek a hiszterézis hatása miatt.
- Diffúziós kapacitás
Hivatkozások
További irodalom
- Mortenson, Kenneth E. (1974). Változtatható kapacitású diódák: a varaktoros, töltéstároló és PIN diódák működése és jellemzése RF és mikrohullámú alkalmazásokhoz . Dedham, szentmise: Artech-ház.
- Penfield, Paul és Rafuse, Robert P. (1962). Varactor alkalmazások. Cambridge, MIT Press.
Külső linkek
- Tanulás szimulációkkal A varactor dióda jellemzőinek kiszámítása különböző doppingprofilokhoz
- [1] Trimless IF VCO: 1. rész: Maxim tervezési szempontjai.
- A varactor dióda alapjai tervezési tippekkel