2 Варикап

Введение

Варикап - это полупроводниковый диод, действие которого основано на явлении зависимости барьерной емкости p-nперехода от обратного напряжения и который используется в качестве элемента с электрически управляемой емкостью. Среди электровакуумных приборов аналогов варикапа не имеется.

Чаще всего желательно, чтобы емкость варикапа менялась в значительных пределах. Для этого выполняются два условия - p-nпереход варикапа делается толстым (что повышает максимально допустимое рабочее напряжение) и резким (что делает наибольшим влияние напряжения на емкость). Поэтому варикапы выполняются на основе резких невырожденныхp-nпереходов.

При подаче на варикапы прямого напряжения к барьерной емкости p-nперехода добавляется так называемая диффузионная емкость. Однако при этом проводимостьp-nперехода шунтирует обе емкости и это катастрофически снижает добротность варикапа. Поэтому прямое включение варикапа не используется.

Исследования показали, что варикапы с малыми обратными токами обладают малым уровнем собственных шумов. Поэтому промышленностью выпускаются кремниевые варикапы, обратные токи которых на несколько порядков меньше обратных токов германиевых образцов.

Технология изготовления варикапов отличается от базовых технологий кремниевых микросхем. Кроме того, чаще всего в схемах применяется относительно небольшое количество варикапов. Поэтому до сих пор варикапы чаще всего выполняются в виде дискретных изделий - либо в виде одиночных диодов, либо в виде сборок из четырех образцов.

В лабораторной работе исследуется кремниевый варикап диапазона радиочастот.

2.1.Цель работы

Научиться определять характеристики и параметры варикапов, а также параметры его эквивалентной схемы.

2.2 Задачи

Для достижения поставленной цели вам необходимо решить следующие задачи:

- ознакомиться со справочными данными используемого варикапа;

- провести измерения емкости и добротности варикапа при различных напряжениях и частотах;

- построить вольтфарадную характеристику варикапа и зависимость его добротности от частоты;

- рассчитать параметры варикапа и параметры его эквивалентной схемы.

2.3. Порядок работы и методы решения задач

2.3.1. Из справочника /1/ выпишите кратко основные электрические параметры исследуемого варикапа, начертите его условное графическое обозначение, эскиз внешнего вида. Расшифруйте маркировку.

2.3.2. С помощью установки, состав которой приведен на рисунке 2.1, проведите измерения емкости и добротности варикапа.

Перед включением измерительных приборов установки в сеть не забудьте проверить наличие заземления корпусов приборов!

Измерение емкости и добротности варикапа производится с помощью промышленного прибора Q-метра Е9-4 методом включения в резонансный контур. Принципиальная схема измерения емкости этим методом показана на рисунке 2.2.

Перед подключением варикапа к клеммам Q-метра, проведите операции “установка нуля” и “калибровка”, согласно инструкции по эксплуатации прибора.

Выбрав необходимую частоту измерения и установив ее ручками “Частота”, подключите к клеммам Q-метра соответствующую этой частоте катушку индуктивности контураL_k(рисунок 2.2). Изменяя емкость контураC_k, настройте его в резонанс по максимуму показаний вольтметра, отградуированного в единицахQ. Произведите отсчет емкости С₁и добротностиQ₁контураL_k,C_k.

К клеммам Q-метра подключите варикап, задайте ему необходимый режим по напряжению с помощью внешнего источника питания УИП-2 и, вновь меняя емкость контураC_k, добейтесь резонанса в цепи контура с варикапом. Произведите отсчет емкости контура С₂и добротности цепиQ₂.

Не меняя частоты измерения, отсчет С₂иQ₂произведите при напряжениях на варикапеU_обр=10; 20; 30; 40 и 50 В, добиваясь каждый раз резонанса в цепи контура с варикапом.

Указанные измерения емкости и добротности “чистого” контура и контура с варикапом произведите при частотах f=0,1; 0,2; 0,3; 0,6; 2; 5; 10; 20 МГц, меняя при этом частоту внутреннего генератора и катушки индуктивностиL_k.

Все манипуляции по подключению и отключению катушек индуктивности и варикапа на Q-метре производите только при отсутствии напряжения на его клеммах от источника УИП-2!

При всех измерениях уровень напряжения внутреннего генератора поддерживайте таким, чтобы стрелка измерительного прибора “Уровень” была на соответствующей риске.

2.3.3. Произведите расчет емкости варикапа при различных измеренных значениях напряжений и частот как разность значений емкости C_k“чистого” контура с варикапом. Постройте вольтфарадную характеристику варикапа для одной из частот /3, раздел 3.3/.

Расчет добротности варикапа произведите по формуле

.

Постройте зависимость добротности варикапа от частоты /2, раздел 11-10; 4, раздел 3.30/ при одном из постоянных напряжений.

На основании данных, полученных при измерениях емкости и добротности варикапа, рассчитайте:

- коэффициент перекрытия по емкости К_с;

- параметры эквивалентной схемы варикапа - сопротивление p-n-переходаr_пери сопротивление базовой областиr_б/2, раздел 11-10; 3, раздел 3.3; 4, раздел 3.30/.

Изобразите эквивалентную схему варикапа, поясните природу входящих в нее элементов.

Отчет о работе должен содержать результаты изучения, измерений и вычислений по всем пунктам задания.

Для успешной защиты выполненной работы вы должны уметь пояснить ход вольтфарадной характеристики варикапа, зависимость его добротности от частоты, уметь определять его параметры и качество.

Библиографический список

1 Баюков А.В. и др. Полупроводниковые приборы. Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: Справочник. - М.: Энергоиздат, 1982. - 744 с.

2 Дулин В.Н. Электронные приборы: Учебник. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1977. - 424 с.

3 Батушев В.А. Электронные приборы: Учебник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1980. - 383 с.

4 Пасынков В.В. и др. Полупроводниковые приборы: Учебник. - 3-е изд., переработ. и доп. - М.: Высш. шк., 1981. - 431 с.