Varicap-Diode:Elektronische Schaltungen bestehen typischerweise aus Widerständen, Kondensatoren, Transformatoren, Dioden, Transistoren usw. Jetzt werden wir einen speziellen Diodentyp vorstellen. Varicap-Dioden stellen nützliche Anwendungen in der Elektronikindustrie dar und bieten eine spannungsgesteuerte Kapazität. Außerdem steuern sie die Spannungspegel in einer phasengesperrten Schleife.
Diese können in alle Arten von Abstimmschaltungen und Frequenz-HF-Schaltungen integriert werden. Werfen wir also einen Blick darauf! Das Verständnis seines Zwecks und des Betriebsprozesses kann verwirrend erscheinen. Daher haben wir diesen Leitfaden zusammengestellt, um Ihnen zu helfen, mehr Wissen zu diesem speziellen Thema zu erlangen.
(Bild zeigt eine Varicap-Diode. Quelle: Wikimedia Commons)
1. Varicap-Diode:Was ist Varicap Diode?
Eine Diode mit variabler Kapazität ist ein einzigartiger Halbleiter, der auch als Varaktor oder Tuningdiode bezeichnet wird. Es bietet spannungsabhängige Kapazitätsausnutzungsfunktionen am p-n-Übergang des Bausteins in umgekehrter Vorspannung.
2. Varicap-Diode:Varicap Diode Typ und Anwendung
Im Folgenden werden wir die verschiedenen Varicap-Diodentypen besprechen. Wir haben auch einige der Anwendungen der Komponente untersucht.
Arten
Hyper abrupt
Hyperabrupte Varaktordioden bieten eine höhere Kapazität für die Spannungsschwankung. Es arbeitet auch mit Niederspannung.
Abrupt
Der gebräuchlichste Typ, abrupte Varaktordioden, besteht aus einer konstanten Dotierungskonzentration. In diesem Fall durchläuft seine Verbindung ein Dotierungsprofil, das während des Herstellungsprozesses kontrolliert wird. Darüber hinaus bleibt die Kapazität umgekehrt proportional zur empfangenen Spannung.
Anwendung
HF-Filter:
Tatsächliche Varicap-Dioden können auch Filterabstimmungsfunktionen bereitstellen. Dies beinhaltet dementsprechend die Implementierung von Tracking-Empfängern in Front-End-Schaltungen, die es ihnen ermöglichen, eingehende Signale zu überwachen. Dann regelt die kontrollierte Spannung diese Funktionalität über einen Digital-Analog-Wandler.
Spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCO):
Zu den verschiedenen HF-Konfigurationen gehören spannungsgesteuerte Oszillatoren mit der Varaktordiode, einer besonders wichtigen Komponente. Der primäre Betrieb der Oszillatoren umfasst insbesondere phasenweise Sperrschleifen. Aus diesem Grund bieten diese Anwendungen für Frequenzsynthesizer oder FM-Demodulatoren.
(Synthesizer enthalten einen VCO, der eine Varicap-Diode verwendet)
Frequenz- und Phasenmodulatoren verwenden auch Varicap-Dioden. Frequenzmodulatoren integrieren diese normalerweise über die elektrische Resonanz im Generator, so dass die Diode Audio empfangen kann. Infolgedessen wird die Kapazität mit dem Audio ausgeglichen. Dies löst aus, dass sich das Frequenzsignal auf und ab bewegt, was den Kapazitätsschwankungen unter diesen Umständen entspricht.
In Phasenmodulatoren integriert sich eine Varicap-Diode in das Phasenverschiebungsnetzwerk, in dem ein Frequenzsignal fließt. Die Diode empfängt Audio, wodurch die Phase mit den Audiovariationen synchronisiert wird.
3. Varicap-Diode:Funktionsprinzip der Varicap Diode
Varicap Dioden-Schaltplan:
(Bild zeigt eine Varicap-Diode auf einer Schaltung. Quelle: Wikimedia Commons)
Symbol für variable Diodenschaltung:
Wenn Sie sich das Schemasymbol der variablen Diode unten ansehen, werden Sie feststellen, dass sie ähnliche Eigenschaften wie eine PN-Sperrschichtdiode aufweist. Das liegt daran, dass die Varicap-Diode über eine Anode und einen Kathodenanschluss verfügt. Sie finden die Diode an einem Ende des Symbols. In der Zwischenzeit enthält das gegenüberliegende Ende zwei parallele Linien, um die leitfähigen Platten des Kondensators zu symbolisieren. Schließlich stellt der Raum zwischen diesen beiden Platten das isolierende Dielektrikum dar.
(Symbol für variable Diodenschaltung. Quelle: Wikimedia Commons)
Formel:
Drei Parameter beeinflussen die Kapazität der Varicap-Diode. Dazu gehören der Querschnitt des PN-Übergangs (A), der Halbleiter (Ɛ) und die Breite des Erschöpfungsbereichs (d). Zum Beispiel finden Sie dies in der folgenden Formel dargestellt:
Funktionsprinzip:
Wir müssen uns einen Kondensator ansehen, um das Funktionsprinzip der Varicap-Diode zu verstehen. Kondensatoren enthalten im Allgemeinen zwei leitfähige Metallplatten mit einem isolierenden Dielektrikum zwischen den beiden. Die P-Typ- und N-Typ-Bereiche einer Varicap-Diode dienen als leitfähige Platten, während der Depletionsbereich das Dielektrikum darstellt. Aufgrund ihres ähnlichen Aufbaus und Designs wie ein Kondensator erzeugt die Diode Kapazität.
(Eine Varicap-Diode enthält ähnliche Eigenschaften wie ein Kondensator)
Die Kapazität erhöht sich, wenn die Dielektrizitätskonstante verstärkt wird oder beide Platten einen kürzeren Abstand zwischen sich haben. Ein größerer Abstand zwischen den beiden oder eine abnehmende Dielektrizitätskonstante führt jedoch zu einer verringerten Kapazität. Gleichzeitig ist die Kapazität einer Varaktordiode proportional zum Querschnittsbereich der Sperrschicht. Und es ist umgekehrt proportional zur Breite des Erschöpfungsbereichs. Daher treten Kapazitätsänderungen aufgrund der Breiteneinstellung des Erschöpfungsbereichs auf.
Daher verursacht eine Varicap-Diode in umgekehrter Vorspannung folglich Änderungen des Erschöpfungsbereichs. Für den Anfang wird sich die Region erweitern, sobald die umgekehrte Verzerrung zunimmt. In der Tat wächst der Abstand zwischen dem N-Typ und dem P-Typ, was die Kapazität verringert. Wenn Sie die umgekehrte Verzerrung verringern, wird der Erschöpfungsbereich enger. Infolgedessen verkürzt sich der Abstand zwischen N-Typ- und P-Typ-Bereichen, wodurch die Kapazität erhöht wird. Daher ändert das Anlegen unterschiedlicher Reverse-Bias-Spannungen an der Varicap-Diode die Kapazität.
(Bild, das die Auswirkungen einer erhöhten und verringerten Kapazität zeigt. Quelle: Wikimedia Commons)
Grundbedienung:
Die Varicap-Diode speichert im Wesentlichen elektrische Ladung. In diesem Fall funktionieren diese Komponenten im Allgemeinen in umgekehrter Vorspannung. Das Anlegen einer umgekehrten Vorspannung führt dazu, dass sich die Elektronen im n-Bereich und die Löcher im p-Bereich vom Übergang des Geräts trennen.
4. Varicap-Diode:Varicap Diode Ersatzschaltung
Eine Varicap-Diode enthält in der Regel mehrere Hauptkomponenten, die beim Entwurf einer Diodenäquivalentschaltung hilfreich sein können.
Zu den verschiedenen streunenden Elementen gehören:
Rs (V): Dieser dient als Reihenwiderstand für die Diode. Es unterscheidet sich basierend auf der empfangenen Spannung.
CJ (V): Der hier verwendete Aspekt weist die variable Sperrschichtkapazität auf. Es dient auch als Primärelement der Diode.
LP: Bindungsdrähte in der Varicap-Diode bewirken eine Erhöhung der Reihenkapazität.
CP: Dies stellt die parasitäre Kapazität dar. Das Anschließen von Drähten in der Diode bewirkt, dass die parasitäre Kapazität um ihren Übergang herum zunimmt.
5. Der Temperaturkoeffizient des Kondensators
Sie können die Kapazitätskoeffiziententemperatur der Varicap-Diode mit der folgenden Formel berechnen:
Der ΔC-Wert stellt die Kapazitätsänderungen des Bausteins aufgrund von Temperaturschwankungen (T1 – T0) während der Umgekehrtheitsvorspannung dar. Zum Beispiel werden wir uns einen Wert ansehen, bei dem C0 29 pF mit einer VR von 3V und T0 bei 25 entspricht. Dann berechnen wir die Kapazitätsänderungen der Varicap-Diode. Mit dem VR-Wert variiert der TCC. Infolgedessen wird die maximale Frequenz auf 600 MHz festgelegt. Sie können dann die Reaktanz der Varicap-Diode mit der Formel berechnen:
Schlussfolgerung
Wie wir bereits wissen, dienen Varicap-Dioden als nützliche Komponente auf elektronischen und HF-Schaltungen. Darüber hinaus enthält dieses Gerät ähnliche Eigenschaften wie ein Kondensator, was zeigt, wie es die Kapazität durch eine Varianz der Reverse-Bias-Spannung erhöht oder verringert. Wir haben uns auch einige seiner Anwendungen angesehen, darunter HF-Filter, VCOs und Frequenz- und Phasenmodulatoren. Im Allgemeinen gibt es heute zwei Arten von Varaktordioden, abrupt und hyperbruch. Jeder erfüllt seinen einzigartigen Zweck für die Kapazität.
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