Варикап работа и устройство

Варикап - это очередная разновидность полупроводникового диод, который способен изменять свою внутреннюю емкость прямо пропорционально уровню приложенного обратного напряжения смещения p-n перехода от единиц до сотен пикофарад.
Паяльник с керамическим жалом с регулятором температуры и мощности

Принцип работы варикапа

Условно графическое изображение варикапа на принципиальных схемах сочетает в себе обозначение диода и емкости конденсатора. Поэтому варикап еще и называют - емкостной диод. Если вспомнить принцип работы p-n перехода, то мы упоминали о том, что в нем присутствует так называемая барьерной ёмкостью. Сама по себе барьерная ёмкость несет паразитные свойства. Но и этот существенный минус смогли обратить в плюс. В результате этой попытки избавиться от паразитной емкости и был открыт варикап - так называемый гибрид диода и переменного конденсатора, емкость которого можно регулируется с помощью приложенного обратного напряжения.

Варикап

Как мы уже знаем из основ работа диода, при подаче обратного напряжения на него, он закрыт и электрический ток через него не течет . Т.е p-n переход выполняет функцию изолятора, толщина которого почти прямо пропорциональна величине обратного напряжения Uобр. Регулируя Uобр, мы меняем толщину p-n слоя. А так как электрическая емкость конденсатора зависит от площади обкладок, и в данном случае от площади p-n слоя, и расстояния между обкладками – в данном случае толщины перехода, то появляется отличная возможность регулировать емкость p-n слоя с помощью обратного напряжения.

Как только на варикап подают обратное напряжение смещения, изменяется величина емкости потенциального барьера p-n перехода. В номинальном значении она снижается с ростом приложенного обратного напряжения смещения. У варикапов емкость может меняться в очень широком диапазоне, от 3 до 10 раз. Кроме того у емкостных диодов очень низкие потери электрической энергии и низкий ТКЕ (температурный коэффициент емкости) поэтому они отлично подходят для работы на очень высоких частотах, где емкость измеряется долями пикофарад. Это очень важный момент, так как если бы емкость была нестабильна, то частота колебательного контура «плавала», т.е. менялась. А это неприемлемо!

Рассмотрим упрощенную типовую схема управления емкостным диодом.

Принцип работы варикапа

В ней R2 - переменное сопротивление с помощью плавно изменяется сопротивление резистора, а как следствие, и величина обратного напряжения смещения Uобр, следующего на варикап. Емкость С1 не пропускает на индуктивность L1 постоянного напряжения. Сопротивление R1 снижает шунтирующее действие R2 на колебательный контур, что позволяет сохранить его резонансные свойства. Как видим по схеме, емкость варикапа входит в состав колебательного контура. Меняя ее, мы изменяем свойства колебательного контура и частоту его настройки. Так и осуществляется электронная настройка на частоту в современных схемах приемников (Схема УКВ приемника на микросхеме TDA 7000)

В меню телевизоров имеется функция – автонастройка телеканалов. Выбираем ее, и весь телевизионный диапазон сканируется на наличие вещательных программ - телеканалов. Так вот эту функции просто бы не возможно было бы использовать, если бы не был открыт емкостной диод. В схеме телевизора формируется плавно изменяющееся напряжение настройки, которое и поступает на варикап. За счет него изменяются параметры колебательного контура тюнера и он настраивается на вещательный канал. Затем найденные каналы, а точнее напряжения обратного смещения запоминаются, и мы можем переключаться на любой из них с помощью ПДУ в любой момент.

В телевизионной и специальной радио техники очень часто применяются сдвоенные и строенные варикапы с общим катодом. Вот так они обозначаются на принципиальных схемах.

сдвоенные и строенные варикапы на принципиальных схемах

Они применяются, в модулях радиоприемных устройств, где требуется одновременно настраивать входной контур и гетеродин с помощью одного переменного сопротивления. Встречаются так же обычные сборки, когда в одном корпусе имеется несколько емкостных диодов не связанных между собой

Параметры варикапа

Несмотря на то, что варикап это полупроводниковый диод, по сути это все-таки конденсатор и поэтому параметры, связанные с емкостью и являются системо образующими. Вот лишь часть наиболее часто используемая из них:

Максимальное обратное постоянное напряжение смещения Uобр. max.. Это максимальное напряжение, которое можно подвести к p-n переходу варикапа. Напомним, в очередной раз что емкость варикапа снижается с ростом обратного напряжения смещения.
Номинальная емкость варикапа СВ. Это емкость при номинальном (заданном) обратном напряжении.
Минимальная и максимальная ёмкость варикапа Cmin и Cmaх. Часто в справочниках по электронике указывают минимально- и максимально- возможную емкость при фиксированном обратном напряжении.
Cd или Cд – емкость варикапа при обратном напряжении, близком к максимальному.
Коэффициент перекрытия по емкости Кс. Отношение максимальной емкости варикапа к минимальной.

Все остальные параметры емкостного диода можно считать второстепенными. В некоторых случаях обращают внимание на граничную частоту, но это не очень важно, так как варикапы отлично работают во всем стандартном радио и телевизионном диапазоне.