.

Варикапы

 

Варикап – это полупроводниковый диод, действие которого основано на использовании зависимости емкости от обратного напряжения. При подаче на диод обратного напряжения изменяется ширина p-n перехода, а следовательно, изменяется величина барьерной емкости. Таким образом, имеется возможность изменять емкость электрическим способом. Основной характеристикой варикапа является зависимость его емкости от обратного напряжения – вольт-фарадная характеристика. На рис.4.18 а, б показаны схематическое изображение варикапа и его вольт-фарадная характеристика.

Основными параметрами варикапов являются: 

  • общая емкость СОБЩ
  • коэффициент перекрытия по емкости КПЕР
  • добротность Q
  • постоянный обратный ток IОБР.П
  • постоянное обратное напряжение UОБР.П
  • рассеиваемая мощность PРАС 
Рис.4.18. Схематическое изображение варикапа (а) и его вольт-фарадная характеристика (б) 
Варикапы широко используются для электронной настройки колебательных контуров радиоприемных устройств и средств связи (рис.4.19). 

Рис.4.19. Схема включения варикапа для электронной настройки 

Варикап VD1 через разделительный конденсатор C2 подключается параллельно конденсатору С1 колебательного контура. Изменяя напряжение на выходе цифро-аналогового преобразователя, можно менять емкость диода и общую емкость контура, тем самым изменяя частоту резонанса контура и его настройку.

Варикапы применяют в основном в тех устройствах где требуется изменение емкости. Наиболее частое применение у варикапов- это использование их в качестве регулируемых конденсаторов в колебательных контурах. Изменяя приложенное к нему напряжение можно управлять емкостью варикапа и следовательно менять резонансную частоту колебательного контура. Поэтому варикапы чаще всего применяют в радиоприемных устройствах: тюнерах телевизоров или радиоприемников. P-n переход любого диода обладает так называемой барьерной ёмкостью. Сама по себе барьерная ёмкость перехода для диода нежелательна. Но и этот недостаток смогли использовать. В результате был разработан варикап - некий гибрид диода и переменного конденсатора, ёмкость которого можно менять с помощью напряжения. Как известно, при подаче обратного напряжения на диод, он закрыт и не пропускает электрический ток. В таком случае p-n переход выполняет роль своеобразного изолятора, толщина которого зависит от величины обратного напряжения (Uобр). Меняя величину обратного напряжения (Uобр), мы меняем толщину перехода – этого самого изолятора. А поскольку электрическая ёмкость C зависит от площади обкладок, в данном случае площади p-n перехода, и расстояния между обкладками – толщины перехода, то появляется возможность менять ёмкость p-n перехода с помощью напряжения. Это ещё называют электронной настройкой. На варикап прикладывают обратное напряжение, что изменяет величину ёмкости барьера p-n перехода. Отметим, что барьерная ёмкость есть у всех полупроводниковых диодов, и она уменьшается по мере увеличения обратного напряжения на диоде. Но вот у варикапов эта ёмкость может меняться в достаточно широких пределах, в 3 – 5 раз и более.

Несмотря на то, что варикап разработан на базе диода, это всё-таки конденсатор и именно параметры, связанные с ёмкостью и являются основными. Вот лишь некоторые из них:

  • Максимальное обратное постоянное напряжение (Uобр. max.). Измеряется в вольтах (В). Это максимальное напряжение, которое можно подавать на варикап. Напомним, что ёмкость варикапа уменьшается при увеличении обратного напряжения на нём.
  • Номинальная ёмкость варикапа (СВ). Это ёмкость варикапа при фиксированном обратном напряжении. Поскольку варикапы выпускаются на различные значения ёмкости, начиная от долей пикофарады и до сотен пикофарад, то их ёмкость змеряют, подавая определённую величину обратного напряжения на варикап. Оно может быть равным 4 и более вольтам, и, как правило, указывается в справочных данных. 

Также может указываться минимальная и максимальная ёмкость варикапа (Cmin и Cmaх). Это связано с тем, что параметры выпускаемых варикапов могут несколько отличаться. Поэтому в справочных данных указывают минимально- и максимально- возможную ёмкость варикапа при фиксированном обратном напряжении (Uобр). Это и есть Cmax и Cmin.  У импортных варикапов обычно указывается только одна величина Cd (или Cд) – ёмкость варикапа при обратном напряжении, близком к максимальному. Например, для импортного варикапа BB133 ёмкость Cd = 2,6 pF (пФ) при обратном напряжении VR = 28 V. Коэффициент перекрытия по ёмкости (Кс). Этот параметр показывает отношение максимальной ёмкости варикапа к минимальной.  Например, для отечественного варикапа КВ109А коэффициент перекрытия Кс равен 5,5. Ёмкость при Uобр = 25 В составляет 2,8 пФ (Это - Cmin). Так как диапазон обратного напряжения для варикапа КВ109А составляет 3 – 25 вольт, то используя формулу, можно узнать ёмкость этого варикапа при обратном напряжении в 3 вольта. Оно составит 15,4 пФ.(Это -Cmax).

В документации на импортные варикапы так же указывается коэффициент перекрытия. Он называется capacitance ratio. Как видим, берётся ёмкость варикапа при обратном напряжении в 0,5 V и в 28 V. Так как ёмкость варикапа уменьшается при увеличении обратного напряжения на нём, то становиться ясно, что эта формула расчёта аналогична той, что применяется для расчёта Кс. Все остальные параметры можно считать несущественными. В некоторых случаях необходимо обратить внимание на граничную частоту, но это не столь важно, поскольку варикапы уверенно работают во всём радио и телевизионном диапазоне.