3. Малосигнальная эквивалентная схема варикапа

Знание емкости p-n перехода не может дать полного представления о работе диода в качестве управляемой ем­кости. Поведение варикапа будет определяться параметрами эквивалентной схемы, а поэтому необходимо знать значения параметров, которые они могут принимать в различных условиях.

Полная эквивалентная схема варикапа, изображенная на рис. 6- а, применима от низких до сверхвысоких частот (2, 11, 12, 13).  Собственно p-n переход заменен RC-цепочкой, характеризующей работу варикапа на низких частотах. На высоких частотах решающее значение приобретает сопро­тивление  , включенное последовательно с RC-цепочкой; представляет собой емкость корпуса. Для известных типов варикапов величина емкости  не превышает 1-1,5 пФ. 

Рис. 6 – Эквивалентные схемы варикапа: а – полная; б – упрощенная; в – на низких частотах; г – на высоких частотах

Индуктивность выводов Ls составляет величину в несколько миллимикрогенри, и, как уже указывалось, в диапазоне рабочих частот ее можно не учитывать. Пренеб­регая малыми величинами  , можно изобразить эквивалентную схему варикапа, как показано на рис.6 - б.

Последовательное сопротивление   практически опре­деляет добротность варикапа в диапазоне рабочих частот и характеризует температурные свойства добротности. Оно представляет собой омическое сопротивление вари­капа и состоит из распределенного сопротивления базы и сопротивления омического контакта. Сопротивление базы зависит от удельного сопротивления исходного материала (кремния) и геометрических размеров базы:

, (8)

где w — толщина базы.

Рис. 7 – Зависимость сопротивления контакта от удельного сопротивления кремния

Формула (8) справедлива в тех случаях, когда р-n переход расположен по всей пластине кремния или диаметр перехода превышает расстояние между переходом и омическим контактом. Из формулы (8) видно, что для уменьше­ния сопротивления базы необходимо уменьшать удельное

сопротивление материала и толщину базы. Сопротивление омического контакта также становится меньше при снижении величины удельного сопротивления материала и полупро­водника. Однако минимально допустимую вели­чину удельного сопротивления материала необходимо выби­рать с учетом требований, предъявляемых к величине рабочего напряжения и к пределам изменения емкости.

Дифференциальное сопротивление, шунтирующее емкость p-n перехода, определяется физическими процессами в переходе, его вольтамперной характеристикой. Практически величина дифференциального сопротивления определяется величиной токов утечки, возникающих вследствие загрязнения поверхности p-n перехода. Поэтому величина дифференциального сопротивления оказывается ниже расчетной, однако не ниже мегома.

2.4. Фотоварикапы

При определенных условиях емкость p-n перехода может изменяться под действием светового потока. Для этой цели могут быть использованы полупроводниковые фотодиоды. Напомним принцип действия полупроводникового фотодиода. В полупроводниковом фотодиоде p-n

переход расположен близко к поверхности полупроводника (рис. 8, а). Свет, падающий на полупроводник, создает вблизи поверхности нары электрон -дырка. Большинство этих пар доходит до p-n перехода. Электрическое поле p-n перехода разделяет эти пары: электроны переходят в область n, а дырки - в область р. Благодаря этому при разомкнутых выводах в области n возникает отрицательный заряд, а в области p - положительный. Таким образом, при освещении между областями p и n возникает фото-э.д.с. Е_ф. Очевидно, что при этом емкость p-n перехода изменится на такую же вели-

чину, как и при действии внешнего напряжения, равного по величине фото- э.д.с. Если замкнуть накоротко или через сопротивление нагрузки выводы от областей p и n, то во внешней цепи пойдет фототок I_ф. Описанный режим работы фотодиода без внешнего напряжения, приложенного к фотодиоду, называется вентильным режимом.

Рис. 8 – Принцип действия фотоварикапа: а – вентильный режим (холостой ход); б – фотодиодный режим

Режим работы с подачей запирающего внешнего напряжения называется фотодиодным режимом. Если фотодиод не освещен, то через него идет малый обратный ток I_т. Этот ток называется темновым. При повышении температуры темновой ток резко возрастает (так же, как и в обычном полупроводниковом диоде). Изменение темнового тока приводит к изменению падения напряжения на сопротивлении нагрузки R_н (рис.8, б), а следовательно, и к изменению емкости фотоварикапа. Поэтому использовать фотоварикапы в фотодиодном режиме целесообразно лишь тогда, когда фототок значительно превышает темновой ток.