2.9 Варикапы

Варикапом называется специально сконструированный диод, применяемый в качестве конденсатора переменной емкости. Значение емкости варикапа определяется емкостью его p – n перехода и изменяется при изменении приложенного к переходу (к диоду) напряжения.

В варикапах используется барьерная емкость, отличающаяся малым температурным коэффициентом, низким уровнем собственных шумов, слабой зависимостью от частоты и относительно высокой добротностью. Следовательно, в рабочем режиме к варикапу прикладывают запирающее напряжение.

График функции представляет собой зависимость емкости от величины приложенного напряжения, называется Вольт – фарадной характеристикой (рисунок 10, а). С ростом обратного напряжения емкость варикапа уменьшается, так как расширяется область пространственного заряда p – n перехода, а, следовательно, увеличивается его толщина.

Пренебрегая в рабочем диапазоне частот малыми индуктивностями выводов и емкостью корпуса, эквивалентную схему варикапа можно изобразить, как показано на рисунке 10,б. Где сопротивление R представляет собой дифференциальное сопротивление обратно смещенного p – n перехода и поэтому велико (не меньше мегаома), а сопротивление r состоит из сопротивления базы и сопротивления омического контакта.

Полное сопротивление схемы:

откуда реактивная часть сопротивления:

Так как добротность конденсатора определяется отношениями реактивного сопротивления к активному, то из уравнений приведенных выше получим:

На низких частотах диапазона сопротивлением r можно пренебречь, поскольку и величина добротности:

С учетом того, что на высоких частотах выполняется неравенство величина добротности определяется уравнением:

Для повышения добротности варикапа в области высоких частот толщины базы выбирают минимально возможной с повышенной концентрацией примеси. В результате уменьшается сопротивление а, следовательно, r. Однако уменьшается также величина пробивного напряжения.

Основными параметрами варикапов являются: номинальная емкость определяемая при нормальном напряжении смещения максимальная и минимальная емкости соответственно при максимальном и минимальном напряжениях смещения (или коэффициент перекрытия ), добротность Q, а также . В таблице 3 приведен пример основных параметров варикапа.

Таблица №3 Основные параметры варикапа.

Тип	пФ		Q	В	мкА
КВ 101А	200	2,5	не менее 12	4	1

2.10 Туннельные и обращенные диоды

Тунельные диоды представляют собой полупроводниковый прибор на основе высоколегированного полупроводникового материала, используется в быстродействующих электронных переключателях (до переключений в секунду), генераторах и усилителях электрических колебаний сверхвысоких частот.

Обращенные диоды используются для переключения, детекттирования и преобразования частоты.

Эти диоды изготавливают из германия и арсенида галия с высокой концентрацией примеси, что позволяет получить очень узкий p – n переход.

В таких переходах возникают условия для относительно свободного туннельного прохождения электронов через потенциальный барьер (туннельный эффект). Вероятность этого процесса возрастает при увеличении напряженности электрического поля в области перехода.

Туннельный эффект приводит к появлению на прямой ветви ВАХ диода падающего участка (а. б.) с отрицательным сопротивлением (рисунок 11, а)

Поскольку туннельный ток не связан со сравнительно медленными процессами диффузии или дрейфа электронов, туннельные диоды являются практически безинерционными приборами, туннельный эффект слабо зависит от температуры, поэтому туннельные диоды можно использовать в диапазоне температур от – 100 до +150 .

В обращенных диодах концентрация примесей меньше, чем в туннельных, несколько изменяет их ВАХ (рисунок 11, б). Ток максимума на прямой ветви ВАХ незначительный или полностью отсутствует. В таких диодах при прямом смещении p – n – перехода протекает ток, обусловленный инжекционными процессами, а при обратном смещении туннельным механизмом. Следовательно, характеристика обращенного диода представляет собой обратную характеристику туннельного диода, а при обратном смещении – прямую характеристику обычного диода, однако с туннельным характером тока.

К основным параметрам туннельных и обращенных диодов относятся:

и – максимальный и минимальный токи, соответствующие максимуму и впадине ВАХ.

и – напряжение на диоде соответствующее максимальному и минимальному току.

. – отношение максимального тока к минимальному.

– средняя величина отрицательного сопротивления падающей ветви ВАХ.