ไดโอด varactor เรียกอีกอย่างว่า varicap, VVC (ความจุตัวแปรแรงดันไฟฟ้าหรือไดโอดจูนเป็นไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ชนิดหนึ่งซึ่งมีคุณสมบัติความจุที่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้าแปรผันบนจุดต่อ p-n เมื่ออุปกรณ์กลับด้านเอนเอียง

อคติย้อนกลับโดยทั่วไปหมายถึงเมื่อไดโอดอยู่ภายใต้แรงดันไฟฟ้าตรงกันข้ามหมายถึงแรงดันไฟฟ้าบวกที่ขั้วลบและขั้วลบที่ขั้วบวก

วิธีการทำงานของไดโอด varactor ขึ้นอยู่กับความจุที่มีอยู่เหนือจุดเชื่อมต่อ p-n ของไดโอดในขณะที่อยู่ในโหมดเอนเอียงกลับด้าน

ในสภาพนี้เราจะพบพื้นที่ของประจุไฟฟ้าที่เปิดไม่ได้ถูกสร้างขึ้นในด้าน p-n ของทางแยกซึ่งส่งผลให้เกิดพื้นที่พร่องบนจุดเชื่อมต่อ

พื้นที่พร่องนี้สร้างไฟล์ ความกว้างพร่อง ในอุปกรณ์ซึ่งมีสัญลักษณ์เป็น Wd

การเปลี่ยนแปลงของความจุอันเนื่องมาจากประจุไฟฟ้าที่แยกได้ที่อธิบายไว้ข้างต้นข้ามจุดเชื่อมต่อ p-n สามารถกำหนดได้โดยใช้สูตร:

CT = e. A / Wd

ที่ไหน จ คือการอนุญาตของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ถึง คือ p-n บริเวณทางแยกและ W ง คือความกว้างการพร่อง

มันทำงานอย่างไร

การทำงานพื้นฐานของ varicap หรือ varactor diode สามารถเข้าใจได้ด้วยคำอธิบายต่อไปนี้:

เมื่อใช้ varactor หรือ varicap diode ที่มีโอกาสไบแอสย้อนกลับที่เพิ่มขึ้นจะส่งผลให้ความกว้างของการพร่องของอุปกรณ์เพิ่มขึ้นซึ่งจะทำให้ความจุในการเปลี่ยนแปลงลดลง

ภาพต่อไปนี้แสดงการตอบสนองลักษณะทั่วไปของไดโอดวาแรคเตอร์

เราสามารถเห็นการลดลงของ CT เริ่มต้นอย่างสูงเพื่อตอบสนองต่อการเพิ่มขึ้นของอคติย้อนกลับ โดยปกติช่วงของแรงดันไบอัสย้อนกลับที่ใช้ VR สำหรับไดโอดความจุแรงดันไฟฟ้าตัวแปรจะ จำกัด ไว้ที่ 20 V.

เกี่ยวกับแรงดันไบแอสย้อนกลับที่ใช้ความจุการเปลี่ยนสามารถประมาณได้โดยใช้สูตร:

CT = K / (VT + VR) ⁿ

ในสูตรนี้ K เป็นค่าคงที่ตามที่กำหนดโดยประเภทของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้และรูปแบบการก่อสร้าง

VT คือ ศักยภาพของหัวเข่า ตามที่อธิบายไว้ด้านล่าง:

“พาวเวอร์ซัพพลาย 100 แอมป์ 12v ”

VR คือจำนวนของความเอนเอียงย้อนกลับที่ใช้กับอุปกรณ์

n สามารถมีค่า 1/2 สำหรับไดโอด varicap โดยใช้จุดเชื่อมโลหะผสมและ 1/3 สำหรับไดโอดที่ใช้จุดแยกแบบกระจาย

ในกรณีที่ไม่มีแรงดันไฟฟ้าแบบไบซิงหรือการให้น้ำหนักแรงดันเป็นศูนย์ความจุ C (0) เป็นฟังก์ชันของ VR สามารถแสดงผ่านสูตรต่อไปนี้

CT (VR) = C (0) / (1 + | VR / VT |) ⁿ

วงจรเทียบเท่า Varicap

สัญลักษณ์มาตรฐาน (b) และวงจรโดยประมาณที่เทียบเท่า (a) ของไดโอด varicap จะแสดงในภาพต่อไปนี้:

รูปด้านขวาแสดงวงจรจำลองโดยประมาณสำหรับไดโอด Varicap

ในฐานะไดโอดและในพื้นที่เอนเอียงย้อนกลับความต้านทานในวงจรเทียบเท่า RR จะแสดงมากอย่างมีนัยสำคัญ (ประมาณ 1M โอห์ม) ในขณะที่ค่าความต้านทานทางเรขาคณิต Rs ค่อนข้างน้อย ค่าของ CT อาจแตกต่างกันระหว่าง 2 ถึง 100 pF ขึ้นอยู่กับประเภทของ varicap ที่ใช้

เพื่อให้แน่ใจว่าค่า RR มีมากเพียงพอเพื่อให้กระแสรั่วไหลต่ำสุด โดยปกติวัสดุซิลิกอนจะถูกเลือกสำหรับไดโอด varicap

เนื่องจากไดโอด varicap ควรถูกใช้โดยเฉพาะในการใช้งานที่มีความถี่สูงมากจึงไม่สามารถเพิกเฉย LS ตัวเหนี่ยวนำได้แม้ว่ามันจะดูเล็ก แต่ในนาโนเฮนรี

ผลของการเหนี่ยวนำที่ดูเล็ก ๆ นี้อาจมีนัยสำคัญมากและสามารถพิสูจน์ได้จากสิ่งต่อไปนี้ การคำนวณปฏิกิริยา .

XL = 2πfLลองนึกภาพความถี่ที่ 10 GHz และ LS = 1 nH จะสร้างเป็น XLS = 2πfL = (6.28) (10¹⁰เฮิรตซ์) (10^-9F) = 62.8 โอห์ม สิ่งนี้ดูใหญ่เกินไปและไม่ต้องสงสัยเลยว่านี่คือสาเหตุที่ไดโอด varicap ถูกระบุด้วยการ จำกัด ความถี่ที่เข้มงวด

หากเราคิดว่าช่วงความถี่นั้นเหมาะสมและค่าของ RS, XLS ต่ำเมื่อเทียบกับองค์ประกอบชุดอื่น ๆ วงจรเทียบเท่าที่ระบุข้างต้นสามารถถูกแทนที่ด้วยตัวเก็บประจุแบบแปรผันได้

การทำความเข้าใจ Datasheet ของ Varicap หรือ Varactor Diode

เอกสารข้อมูลที่สมบูรณ์ของไดโอด varicap ทั่วไปสามารถศึกษาได้จากรูปต่อไปนี้:

อัตราส่วนของ C3 / C25 ในรูปด้านบนแสดงให้เห็นถึงอัตราส่วนของระดับความจุเมื่อนำไดโอดไปใช้กับความเป็นไปได้ของอคติย้อนกลับระหว่าง 3 ถึง 25 V อัตราส่วนนี้ช่วยให้เราได้รับการอ้างอิงอย่างรวดเร็วเกี่ยวกับระดับของการเปลี่ยนแปลงใน ความจุที่เกี่ยวกับศักยภาพอคติย้อนกลับที่ใช้

ร่างของบุญ Q ให้ช่วงของการพิจารณาในการนำอุปกรณ์ไปใช้กับแอพพลิเคชั่นและยังเป็นอัตราของอัตราส่วนของพลังงานที่อุปกรณ์เก็บประจุต่อรอบต่อพลังงานที่สูญเสียหรือกระจายไปต่อรอบ

เนื่องจากการสูญเสียพลังงานส่วนใหญ่ถือเป็นคุณลักษณะเชิงลบค่าสัมพัทธ์ของอัตราส่วนที่สูงขึ้นก็ยิ่งดีขึ้น

อีกแง่มุมหนึ่งในแผ่นข้อมูลคือความถี่เรโซแนนซ์ของไดโอด Varicap และสิ่งนี้ถูกกำหนดโดยสูตร:

สำหรับ = 1 / 2π√LC

ปัจจัยนี้กำหนดช่วงการใช้งานของไดโอด varicap

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิความจุ

อ้างอิงจากกราฟด้านบน ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิความจุ ของไดโอด varicap สามารถประเมินได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

โดยที่ΔCหมายถึงความแปรผันของความจุของอุปกรณ์เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่แสดงโดย (T1 - T0) สำหรับความเป็นไปได้ที่มีอคติย้อนกลับเฉพาะ

ตัวอย่างเช่นในแผ่นข้อมูลด้านบนจะแสดง C0 = 29 pF พร้อม VR = 3 V และ T0 = 25 องศาเซลเซียส

การใช้ข้อมูลข้างต้นเราสามารถประเมินการเปลี่ยนแปลงความจุของไดโอด Varicap ได้โดยการแทนที่ค่า T1 ของอุณหภูมิใหม่และ TCC จากกราฟ (0.013) การมี VR ใหม่ค่า TCC สามารถคาดว่าจะแตกต่างกันไปตามนั้น เมื่ออ้างอิงกลับไปที่แผ่นข้อมูลเราพบว่าความถี่สูงสุดที่ได้รับจะเป็น 600 MHz

“วิธีการแปลง 3 เฟสเป็นเฟสเดียว ”

เมื่อใช้ค่าความถี่นี้ค่า reactance XL ของ varicap สามารถคำนวณได้ดังนี้:

XL = 2πfL = (6.28) (600 x 10¹⁰เฮิรตซ์) (2.5 x 10^-9F) = 9.42 โอห์ม

ผลลัพธ์ที่ได้คือขนาดที่ค่อนข้างเล็กและเป็นที่ยอมรับที่จะเพิกเฉย

การใช้ Varicap Diode

พื้นที่การใช้งานความถี่สูงเพียงไม่กี่แห่งของไดโอด varactor หรือ varicap ที่กำหนดโดยข้อกำหนดความจุต่ำ ได้แก่ ฟิลเตอร์แบนด์พาสที่ปรับได้อุปกรณ์ควบคุมความถี่อัตโนมัติแอมพลิฟายเออร์พาราเมตริกและโมดูเลเตอร์ FM

ตัวอย่างด้านล่างแสดงไดโอด varicap ที่ใช้ในวงจรปรับแต่ง