2.9. Варикапы.

Варикапами, или параметрическими диодами называют полупроводнико­вые диоды, используемые в качестве переменной емкости, управляемой электрическим путем. Принцип работы варикапов основан на свойстве перехода изменять свою емкость под воздействием приложенного напряжения.

Диффузионная емкость перехода не используется в качестве управля­емой. Объясняется это малой добротностью диффузионной емкости (она шунтируется малым сопротивлением открытого р-п перехода).

В варикапах используется барьерная емкость р-п перехода, так как она имеет относительно высокую добротность, малый температурный коэффициент емкости (ТКЕ), низкий уровень собственных шумов и не зави­сит от частоты вплоть до миллиметрового диапазона. Варикапы предназначаются для работы в параметрических усилителях, преобразователях постоянного напряжения в переменное, измеритель­ных усилителях, автогенераторах синусоидальных колебаний, в блоках высокой частоты в качестве подстраивающего элемента в контурах. Они удобны тем, что позволяют дистанционно и практически безинерционно менять емкость посредством изменения постоянного обратного напряжения. Зави­симость емкости варикапа (Д902) от обратного напряжения показана на рис. 2.7.

На рис. 2.8 дан пример использования варикапа в качестве элемента настройки колебательного контура. Изменяя с помощью потенциометра R обратное напряжение на варикапе, можно изменять резонансную частоту контура. Добавочный резистор R₁ с большим сопротивлением включен для того, чтобы заметно не снижалось добротность контура от шунтирую­щего влияния потенциометра R. Конденсатор C служит для того, чтобы по постоянному току варикап не оказался замкнутым накоротко катуш­кой контура.

Э квивалентная схема варикапа на малом синусоидальном сигнале высокой частоты представлена на рис. 2.9.

Параметры варикапов. Основными параметрами варикапов являются:

1. Добротность Q. Она представляет собой отношение реактивной мощности , запасаемой барьерной емкостью, к мощности потерь , обусловленной дифференциальным сопротивле­нием p-n перехода и сопротивлением базы варикапа r_б (сюда же относят и сопротивление выводов):

, где - угол сдвига фазы между током и напряжением, X() - полное реактивное, а R() - полное активное сопротивление цепи, показанной на рис. 2.9.

На низких частотах, пренебрегая сопротивлением r_б, легко полу­чить: (2.2 )

На высоких частотах можно пренебречь влиянием R_д , Тогда:

(2.3)

Характер зависимости добротности от частоты для варикапа с С_бар = 50 nФ,

r_б = 2 Ома, R _диф. = 10⁷ 0м приведен на рис. 2.10.

Задаваясь некоторым минимально допустимым значением добротности на основании формул (2.2) и (2.3) можно определить границы рабочего диапазона частот f_мин и f_макс.

Выражение (2.3) показывает, что для высокочастотных варикапов необходимо уменьшать сопротивление базы.

2. Номинальная емкость С_ном (при заданных U_обр, частоте f и температуре окружающей среды).

3. Коэффициент перекрытия по емкости . Например,

варикапы серии Д901 имеют K_С = 3 - 4.

4. Температурный коэффициент емкости ТКЕ, равный отношению относительного изменения барьерной емкости к приращению температуры окру­жающей среды:

.

Для указанных выше варикапов ТКЕ = (5*10^-42*10^-4) 1/град при изменении U_обр от 4 до 40 В.

5. Максимальное обратное напряжение U_{обр макс}.

6. Максимальный обратный ток I_{обр макс} (при U_{обр макс}).

7. Максимально допустимая мощность рассеяния P_макс (P_макс от десятков и сотен мВт до единиц Вт).

8. Рабочий диапазон температур (от –55⁰С до 100⁰С).