Параметры варикапов
Эквивалентная схема варикапа показана на рис. 4.1, где обозначено:
C – нелинейная емкость перехода;
R – сопротивление, шунтирующее переход. У германиевых приборов это сопротивление достигает 1...10 МОм, а у кремниевых – более 10 МОм. Величина этого сопротивления резко уменьшается при повышении температуры;
r – последовательное сопротивление, состоящее из сопротивлений толщи проводника, контактных соединений и выводов диода;
Lв – индуктивность выводов (в основном индуктивность токоподводящих проводников);
Cк – емкость корпуса (обычно Ск С).
Рис. 4.1. Эквивалентная схема варикапа
Барьерная емкость
перехода равна
,
где
– напряжение
смещения (положительное для случая
обратных смещений на переходе);
– емкость при
=0;
– контактная
разность потенциалов, равная 0,11...0,4В
для германиевых диодов и 0,7...0,8 В для
кремниевых;
– показатель
степени, зависящий от типа варикапа.
Для варикапов с плавным переходом
=0,3;
с резким
=
0,5; со сверхрезким
.
Коэффициент перекрытия барьерной емкости варикапа
,
где
– максимальное
напряжение смещения; его величина не
должна превышать пробивного напряжения;
– минимальное
напряжение смещения; его величина
определяется допустимым снижением
добротности перехода, а также допустимыми
значениями ТКЕ емкости перехода и
амплитуды высокочастотного напряжения
на переходе.
Упрощенные эквивалентные схемы варикапа показаны на рис. 4.2,а,б,
где
; 
.
Схему, показанную на рис. 4.2, а, удобно использовать в области низких частот, где добротность варикапа увеличивается прямо пропорционально частоте. В этой области частот значения элементов Cэ и Rэ не зависят от частоты и совпадают со значениями элементов C и R эквивалентной схемы (рис. 4.1).
Схему, изображенную на рис. 4.2, б, удобно использовать в области высоких частот, где добротность варикапа обратно пропорциональна частоте. В этой области частот значения элементов C и r не зависят от частоты и совпадают со значениями элементов C и r эквивалентной схемы (рис. 4.1).
а б
Рис. 4.2. Упрощенные эквивалентные схемы варикапа:
а – параллельная; б – последовательная
Добротность варикапа:
на низких
частотах
;
на высоких
частотах
.
На средней частоте
рабочего диапазона добротность варикапа
достигает максимального значения
.
Температурный коэффициент емкости Cэ кремниевых приборов при комнатной температуре (300 К) равен
,
где ТКЕб – температурный коэффициент барьерной емкости.
Зависимость температурного коэффициента барьерной емкости от напряжения смещения для кремниевых приборов с резким переходом при температуре 300 К приведена на рис. 4.3.
В типичном случае
высокой добротности варикапа
влиянием второго слагаемого в формуле
для ТКЕэ
можно пренебречь и считать
.
Рис. 4.3. Зависимость температурного коэффициента барьерной емкости от напряжения смещения
Сведения о некоторых конкретных типах варикапов и варикапных сборок большой емкости (С≥200 пФ) при Т=25º С можно найти в прил. 4, где обозначено:
С – номинальная
емкость варикапа при заданном значении
обратного напряжения
;
- добротность
варикапа при заданном значении обратного
напряжения
или емкости С;
- коэффициент
перекрытия по емкости при заданных
значениях обратного напряжения
и
;
- обратный ток
варикапа при заданном обратном напряжении
;
- максимальное
допустимое обратное напряжение, при
котором не происходит пробоя p-n-перехода.
Обычно
≤0,8
,
где
- значение обратного напряжения,
вызывающее пробой перехода диода.
При использовании в качестве варикапов стабилитронов или выпрямительных диодов, имеющих низкую добротность, величина ТКЕэ существенно зависит от добротности, что затрудняет использование этих приборов в широкодиапазонных генераторах. В узком же диапазоне частот такая зависимость может быть использована как явление полезное – она позволяет осуществить термокомпенсацию.
Максимальная амплитуда напряжения на варикапе:
из условия однозначности резонансной кривой контура с варикапом
;
из условия электрической прочности
,
где
– добротность
нагруженного контура с варикапом;
– напряжение смещения на варикапе;
Uобр max – максимально допустимое обратное напряжение на варикапе.