Варикапы отечественного производства, характеристики, справочник

Варикапы

Что представляет собой варикап

Представленный компонент является полупроводниковым диодом. Его работа основана на применении зависимости между емкостью и обратным напряжением. Важными показателями варикапа считаются добротность, рассеиваемая мощность, общая емкость и коэффициент перекрытия по ней, постоянный обратный ток и напряжение.

При помощи таких элементов производится электронная настройка контуров колебательного типа в радиоприемных устройствах и средствах связи. Для использования их опций в схему обязательно включается обратное напряжение. При его подаче на диод происходит изменение величины емкости барьера. Она может варьироваться в широких пределах, что отличает варикап от компонентов со схожими функциями.

Обозначение варикапа на схеме

За что отвечает варикап

Электронно-дырочный, или p-n переход, если к нему приложено обратное сопротивление, имеет свойства конденсатора. При изменении напряжения, изменяется и толщина p-n перехода, а значит емкость между слоями полупроводника. Сам переход выступает диэлектриком. Данное явление описывает принцип работы варикапа (varicap). Устройство используется в качестве конденсатора переменной емкости, которая зависит от напряжения на переходе. При изменении напряжения можно изменить и емкость.

Преимущества применения варикапов

Эти элементы используются там, где нужно изменять емкость. Чаще всего они встречаются в схемах приборов, принимающих радиосигналы. Сюда относятся телевизионные тюнеры и традиционные радиоприемники. Наиболее ярким примером действия варикапа является опция «автопоиск каналов», давно ставшая обязательной в современных телевизорах. Разрабатываются варикапы на основании диодов, но по сути они являются конденсаторами. Их основными положительными качествами выступают:

• низкий уровень потерь электроэнергии;
• незначительный коэффициент температурной емкости;
• небольшая стоимость;
• надежность и продолжительный срок службы.

На практике весьма успешно диоды КВ используются на предельно высоких частотах, в условиях, где емкость конденсатора достигает долей пикофарад. Благодаря им удается избежать изменений частоты колебательного контура, что недопустимо для оборудования. Существует несколько видов варикапов. Помимо обычных компонентов, выпускаются сдвоенные, а также строенные аналоги, которые соединены одним катодом. Найти можно и классические сборки. Это корпуса с несколькими варикапами, отличающиеся отсутствием электрической связи.

Варикап.

Область применения

Работа варикапа актуальна при перестройке частоты узлов в электроаппаратуре. Устройства используются в частотозадающих электронных цепях, поскольку позволяют быстро и просто изменять рабочую частоту. Такое возможно, благодаря изменению емкости системы, которая меняется при изменении управляющего напряжения. Варикапы включены в схемы радиоприемников и беспроводных модулей для передачи данных, используются в устройствах, где задействованы частотозависимые цепи.

Преимуществами использования полупроводниковых диодов с емкостью, зависящей от приложенного напряжения, являются:

• возможность увеличения количества одновременно перестраиваемых контуров;
• малые габариты узла настройки;
• снижение паразитных излучений, передаваемых от гетеродинов;
• возможность включения варикапов около контурных катушек;
• удобное сочетание фиксированной и плавной настройки, благодаря подаче ранее установленных управляющих напряжений;
• хорошее сопротивление механическому воздействию;
• согласованность с цепями АПЧ;
• надежность и отсутствие микрофонного эффекта;
• возможность автоматизированного поиска частоты и дистанционного управления.

Принцип работы варикапа

Изменение толщины барьерного обеднённого слоя вблизи p-n-перехода при изменении обратного напряжения, приложенного к структуре
Типичная вольт-фарадная характеристика варикапа

При отсутствии внешнего приложенного к электродам напряжения в p-n-переходе существуют потенциальный барьер и внутреннее электрическое поле, возникновение которого обусловлено контактной разностью потенциалов между полупроводниками p-типа и n-типа. Нормальный режим работы варикапа — с обратным смещением. Если к диоду приложить обратное напряжение (то есть катод должен иметь положительный потенциал относительно анода), то высота этого потенциального барьера увеличится. Внешнее обратное напряжение отталкивает электроны в глубь n-области, в результате чего происходит расширение обеднённой области p-n-перехода, то есть слой полупроводника, лишенный носителей заряда и по сути являющийся диэлектриком. При увеличении обратного напряжения толщина обеднённого слоя увеличивается. Это можно представить в виде плоского конденсатора, в котором обкладками служат необеднённые зоны полупроводника и с переменной толщиной слоя диэлектрика.

В соответствии с формулой для ёмкости плоского конденсатора, с ростом расстояния между обкладками (вызванной ростом значения обратного напряжения) ёмкость p-n-перехода будет уменьшаться. Это уменьшение ограничено толщиной базы, далее которой толщина обеднённого слоя увеличиваться не может, по достижении этого минимума ёмкости с ростом обратного напряжения ёмкость не изменяется. Другой ограничивающий фактор управляемого снижения ёмкости — электрический лавинный пробой обеднённого слоя.

Так как при изменении обратного напряжения толщина диэлектрика (обеднённого слоя) изменяется в широких пределах, для характеристики изменения ёмкости варикапа от приложенного напряжения применяют динамическую Cd{displaystyle C_{d}}
или дифференциальную ёмкость — ёмкость для малого изменения напряжения на приборе (малосигнальный параметр). Динамическая емкость определяется как :

Cd (U)=dQ/dU,{displaystyle C_{d}(U)=dQ/dU,}
где dQ{displaystyle dQ}
 — приращение электрического заряда конденсатора;dU{displaystyle dU}
 — приращение напряжения.

Дифференциальная ёмкость согласно ГОСТ Р 52002-2003 — это динамическая ёмкость для очень медленного изменения напряжения.

Зависимость динамической ёмкости от напряжения называется вольт-фарадной характеристикой и для варикапа приближённо описывается функцией:

Cd (U)=C0 (1+U/U0) n,{displaystyle C_{d}(U)={frac {C_{0}}{(1+U/U_{0})^{n}}},}
где C0{displaystyle C_{0}}
 — динамическая ёмкость прибора при нулевом напряжении;U{displaystyle U}
 — приложенное обратное напряжение;U0{displaystyle U_{0}}
 — некоторая константа, имеющая размерность напряжения и приближённо равная прямому напряжению p-n-перехода, при небольших прямых токах, для кремниевого прибора около 0,55 В;n{displaystyle n}
 — показатель, характеризующий величину градиента концентрации легирующей примеси в p-n-переходе, для переходов с плавным, например, линейным изменением концентрации n≈0,33{displaystyle napprox 0,33}
, для резких переходов n≈0,5{displaystyle napprox 0,5}
, для переходов со ступенчатым легированием n{displaystyle n}
может достигать 2 .

Рисшифровка сокращений для таблицы

• Cном. — номинальная емкость варикапа при заданном обратном напряжении;
• Uобр. — обратное напряжение на варикапе;
• DC — диапазон отклонения номинальной емкости варикапа;
• Кс. — коэффициент перекрытия по емкости варикапа при изменении напряжения от U1 до U2;
• Qв. — добротность варикапа на частоте f;
• Uобр.мах. — максимально-допустимое обратное напряжение варикапа;
• Iобр. — постоянный обратный ток варикапа;
• Тк.макс. — максимально-допустимая температура корпуса варикапа;
• Тп.макс. — максимально-допустимая температура перехода варикапа.

Электрические характеристики отечественных варикапов

Цветовая маркировка варикапов.