Варикап и варактор

Рис. 7.5 УГО

Варикап — это полупроводниковый прибор, действие которого основано на исполь­зовании зависимости емкости перехода от обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью.

Варикап, работающий при закрытом p-n переходе, применя­ется для частотной модуляции и электрической перестройки частоты.

Варикап предназначен для работы при малых амплитудах колебаний.

Есть еще один п/п прибор мало чем отличающийся от варикапа - варактор.

Варактор - диод с р-n переходом, имеющий существенно нелиней­ную характеристику суммарной емкости (барьер­ной и диффузионной), как функции напряжения.

Варактор предназначен для работы при боль­ших амплитудах колебаний, когда возможна ситуация, что одну часть периода колебаний p-n переход закрыт, другую - открыт.

Как было показано ранее, диод с p-n переходом обладает барьерной и диффузионной емкостями. Диффузионная емкость проявляется при прямом смещении диода, когда проводимость его велика и ве­лики потери мощности из-за относительно больших активных токов через диод.

!! В арикапы используют толь­ко при обратном постоянном смещении (и малом сигнале), когда проявляется только барьерная емкость.

!! Варакторы находятся поочередно в прямом и обратном включении под действием большой амплитуды сигнала (переменного).

Варактор используется в так называемых варакторных умножителях частоты

Зависимость емкости от напряжения смещения различна для варикапов, изготовленных методом диффузии или методом вплавления примесей.

В сплавных варикапах с резким р-n переходом зависимость барьерной емкости от напряжения смещения получается более резкая.

Рис. 7.6 Концентрация примесей и структура варикапа с малым сопротивлением базы

Сопротивление базы варикапа должно быть по возможности малым.

Одновременно для большего пробив­ного напряжения необходимо большее удельное сопротивление слоев базы, прилегающих к р-n переходу.

Поэтому, базу ва­рикапа делают состоящей из двух слоев (рис. 7.6). Основная часть базы n + должна быть низкоомной (подложка). Тонкий слой базы n, прилегающий к переходу, должен быть высокоомным.

Функциональная зависимость емкости варикапа от напряжения определяется профилем легирования базы варикапа. В случае однородного легирования емкость обратно пропорциональна корню из приложенного напряжения U_обр.

Задавая профиль легирования в базе варикапа N_D(x), можно получить различные зависимости емкости варикапа от напряжения C(U_обр) - линейно убывающие, экспоненциально убывающие (рис. 7.7).

Рис. 7.7 Зависимости емкости варикапов от обратного напряжения

Пример: схема включения варикапа в колебательный контур

f_к = 1/2(L_к(C_к+C_в))^0,5 (7.1)

C_бл , C_р > C_к ,C_в и U_~ << E_см

Рис. 7.8 Схема включения варикапа в колебательный контур

Параметры варикапа:

- номинальная емкость С_ном при номинальном напряжении смещения (обычно U_см = 4 В);

- максимальная С_mах и минимальная С_min емкости;

- коэффициент перекрытия k = C_max /C_min;

- добротность Q, измеряемая как отношение реактивного сопротивления варикапа к полному сопротивлению потерь при температуре 20⁰С;

- максимально допустимое напряжение U_mах;

- и максимально допустимая мощность Р_mах;

- ТКЕ, показывающий относительное изменение емкости на 1₀С.