5.1.4 Варикапи

                Варикапи – це напівпровідникові діоди, у яких використовується залежність бар’єрної ємності р-n-переходу від зворотної напруги. Варикапи поділяються на підстроювальні (третій елемент позначення – 1) і варактори (третій елемент – 2).

                Підстроювальні варикапи використовуються, наприклад, для електронного  підстроювання резонансної частоти коливальних контурів (рисунок 5.5). На схемі рисунок 5.7 конденсатор С запобігає замиканню напруги зміщення через котушку індуктивності  . Ємність конденсатора значно перевищує барєрну ємність варикапа . Тому резонансна частота контура дорівнює

,                   (5.2)

де -ємність варикапа.

                Регулюючи напругу зміщення, яка подається на варикап з потенціометра  через резистор , можна змінювати ємність приладу, а, отже, і резонансну частоту контура. Резистор  запобігає можливості шунтування коливального контура при переміщенні повзунка потенціометра. Опір  вибирають більшим, ніж резонансний опір контура.

Рисунок 5.5 Схема ввімкнення  варикапа

 

                Варикапи, які мають виражену нелінійну вольт-амперну характеристику, називають варакторами і використовують у пристроях параметричного підсилення і помноження частоти.

                Основні параметри варикапів: номінальна ємність, виміряна при даній зворотній напрузі ; максимально допустима зворотна напруга ; добротність варикапа, яку визначають відношенням реактивного опору до опору втрат.

                Розглянемо вплив параметрів еквівалентної схеми діодів (рисунок 3.6,б) на добротність варикапа.

                Комплексний опір діода при зворотному вмиканні:

.                       (5.3)

                З формули (5.3) випливає, що реактивна складова опору діода

,                                 (5.4)

а активна –

.               (5.5)

                З формул (5.4) та (5.5) можна записати вираз для добротності варикапа

.              (5.6)

                В області низьких частот

 і .         (5.7)

                В області високих частот  і тоді

.                               (5.8)

                З виразів (5.7) та (5.8) випливає, що з метою збільшення добротності варикапа необхідно збільшувати зворотний опір його р-n-переходу і зменшувати опір бази.

                Для виконання першої умови варикапи виготовляють з кремнію. Для одержання малого опору бази для варикапа використовують структуру , в якій база складається з двох шарів:  і  (рисунок 5.6). -шар бази має малу товщину, тому при зворотному вмиканні весь р-n-перехід розміщується в цьому шарі. Опір бази в цьому випадку утворено лише сильнолегованою -областю, і тому він має малу величину. Ця структура, крім того, дозволяє значно збільшити зворотну напругу варикапа.

Рисунок 5.6 Напівпровідникова структура варикапа

 

            Якість варикапа визначається:

-     ємністю та межами її можливого регулювання за допомогою прикладеної зворотної напруги;

-     добротністю і частотним діапазоном;

-     температурною стабільністю ємності і добротності. 

                  Ємність варикапа

           Для ємності варикапа можна записати  С= Со + Св,

де Св – ємність між електродами і виводами варикапа яка не залежить

 від прикладеної напруги;

Со – початкова ємність варикапа яка залежить від площі переходу П і концентрації   домішок  у  базі  діоду  Nд і  становить  від одиниць до десятих  часток  мікрофаради.  Відносна зміна  ємності шляхом зміни прикладеної       зворотної       напруги     показана     на    рисунку 5.7.

      

          Рисунок 5.7 –  Вольт-фарадна характеристика варикапа