Варикапы, вольт-фарадные характеристики, параметры, структура.Схема включения.

Варикап — это полупроводниковый диод, предназначенный для использования в качестве конденсатора, управляемого напряжением.

Варикапы работают при обратном смещенииp-n-перехода, и используется барьерная емкость. При увеличении обратного напряжения емкость варикапа уменьшается по закону

,

где С(U) — емкость диода; С₀ — емкость диода при U=0; φ_к — контактная разность потенциалов; n— коэффициент, зависящий от типа варикапа (n=1/2¸1/З); U – обратное напряжения на варикапе.

Условное обозначение варикапа и график зависимости С(U) приведены на рис.3.7.

Варикап, предназначенный для умножения частоты сигнала, называют варактором.

Эквивалентная схема варикапа (рис.3.8) содержит барьерную емкость, сопротивление обратно смещенного p-n-перехода r₌ (которое очень велико) и последовательное сопротивление r_s, которое включает сопротивления базы и контактов и должно быть как можно меньше. В идеальном случае r_s=0, r₌=¥ варикап являлся бы идеальным конденсатором. Степень приближения к идеалу определяется добротностью – отношением реактивной мощности к активной мощности потерь:

Q=P_реак/P_акт=X_c/r_пот

где X_c – реактивное сопротивление варикапа, r_пот – сопротивление активных потерь. Добротность зависит от частоты сигнала:

(3.1)

Добротность достигает максимального значения на частоте ω=ω_опт= (рис.3.9).

К основным параметрам варикапа относят:

1. Общая емкость варикапа С – емкость, измеренная при определенномобратномнапряжении (измеряется при U=5В и составляет десятки – сотни пФ).

2. коэффициент перекрытия по емкости К_пер =С_max/С_min— отношение емкостей варикапа при двух крайних значениях обратного напряжения (К_пер=5¸8);

3. добротность варикапа Q;

4. Обратный ток варикапа I_обр – постоянный ток, протекающий через варикап в обратном направлении при заданном обратном напряжении.

К параметрам предельного режима относят максимально допустимое постоянное обратное напряжение U_mах и максимально допустимую рассеиваемую мощностьР_mах.

Варикапы обычно используют для электронной перестройки резонансной частоты колебательных контуров. Схема включения варикапа показана на рис.3.10 а; L_к и C_к – индуктивность и емкость контура, R – переменный резистор, для установки необходимого напряжения смещения варикапа, С_р и R_р – разделительные конденсатор и резистор, препятствующие проникновению высокочастотного напряжения в цепь смещения и постоянного тока в колебательный контур. C(U) – ёмкость варикапа. Емкость С_рвыбирается достаточно большой величины С_р>>C_к, так что для переменной составляющей является коротким замыканием и емкость C(U) включена параллельно C_к.Резонансная частота управляется напряжением:

Недостатком такой схемы является то, что емкость варикапа зависит не только от управляющего напряжения U, но и зависит от амплитуды высокочастотного напряжением на контуре. Этот недостаток устраняется в схеме рис. 3.5б. Здесь два варикапа включены встречно-последовательно. При этом высокочастотное напряжение контура приложено к ним вразной полярности и на общую емкость не влияет.