Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое варактор, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое варактор, варикап , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.
Варикап (акроним от англ. vari(able) — «переменный», и cap(acitance) — «[электрическая] емкость») — электронный прибор, полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной емкости p-n-перехода от обратного напряжения.
Варикапы с большой рассеиваемой мощностью, предназначенные для умножения частоты в радиопередатчиках, принято называть варактор ами.
Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой емкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура в частотно-избирательных цепях, деления и умножения частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др.
При отсутствии внешнего приложенного к электродам напряжения в p-n-переходе существуют потенциальный барьер и внутреннее электрическое поле, возникновение которого обусловлено контактной разностью потенциалов между полупроводниками p-типа и n-типа. Нормальный режим работы варикапа — с обратным смещением. Если к диоду приложить обратное напряжение (то есть катод должен иметь положительный потенциал относительно анода), то высота этого потенциального барьера увеличится. Внешнее обратное напряжение отталкивает электроны в глубь n-области, в результате чего происходит расширение обедненной области p-n-перехода, то есть слой полупроводника, лишенный носителей заряда и по сути являющийся диэлектриком. При увеличении обратного напряжения толщина обедненного слоя увеличивается. Это можно представить в виде плоского конденсатора, в котором обкладками служат необедненные зоны полупроводника и с переменной толщиной слоя диэлектрика.
В соответствии с формулой для емкости плоского конденсатора, с ростом расстояния между обкладками (вызванной ростом значения обратного напряжения) емкость p-n-перехода будет уменьшаться. Это уменьшение ограничено толщиной базы, далее которой толщина обедненного слоя увеличиваться не может, по достижении этого минимума емкости с ростом обратного напряжения емкость не изменяется. Другой ограничивающий фактор управляемого снижения емкости — электрический лавинный пробой обедненного слоя.
Так как при изменении обратного напряжения толщина диэлектрика (обедненного слоя) изменяется в широких пределах, для характеристики изменения емкости варикапа от приложенного напряжения применяют динамическую 
или дифференциальную емкость — емкость для малого изменения напряжения на приборе (малосигнальный параметр). Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Динамическая емкость определяется как :
где 
— приращение электрического заряда конденсатора;
— приращение напряжения.
Дифференциальная емкость согласно ГОСТ Р 52002-2003 — это динамическая емкость для очень медленного изменения напряжения.
Зависимость динамической емкости от напряжения называется вольт-фарадной характеристикой и для варикапа приближенно описывается функцией:
где 
— динамическая емкость прибора при нулевом напряжении;
— приложенное обратное напряжение;
— некоторая константа, имеющая размерность напряжения и приближенно равная прямому напряжению p-n-перехода, при небольших прямых токах, для кремниевого прибора около 0,55 В;
— показатель, характеризующий величину градиента концентрации легирующей примеси в p-n-переходе, для переходов с плавным, например, линейным изменением концентрации 
, для резких переходов 
, для переходов со ступенчатым легированием может достигать 2 .
Онлайн демонстрация и симуляция работы Полосовой фильтр на варикапе:
Открыть на весь экран Полосовой фильтр на варикапе
Обычно варикапы изготавливаются по планарно-эпитаксиальной технологии, позволяющей оптимизировать электрические параметры прибора. На пластине сильнолегированного низкоомного полупроводника (обычно с n-типом проводимости, обозначается n+) выращивается высокоомная пленка низколегированного полупроводника n-типа. C помощью диффузии акцепторной примеси на поверхности эпитаксиального слоя формируется низкоомный анодный слой p-типа.
Боковая поверхность структуры для защиты выходящего на поверхность p-n-перехода и увеличения обратного пробойного напряжения покрывается легкоплавким стеклом.
Промышленностью выпускаются варикапы как в виде дискретных компонентов (например, варикапы производства СССР и России, КВ105, КВ109, КВ110, КВ114, BB148, BB149), так и в виде варикапных сборок (например, КВС111).
Варикапы применяются для перестройки частоты генераторов, управляемых напряжением в синтезаторах частоты и генераторах качающейся частоты, настройки частотноизбирательных цепей с управлением напряжением, в системах автоматической подстройки частоты различных радиоприемных устройств, в параметрических усилителях, для умножения частоты в умножителях частоты, управляемых напряжением фазовращателях и других.
Полупроводниковый диод, принцип работы которого основан на использовании зависимости емкости электрического перехода от обратного напряжения, называют варикапом. Варикап представляет собой электрически управляемую емкость. Варикапы изготавливают на основе кремния и арсенида галлия. Емкость варикапов меняется в широких пределах, а ее зависимость от обратного напряжения различна для варикапов, изготовленных методом диффузии или методом вплавления примесей.
Варикап со структурой 
, эквивалентная схема и условное графическое обозначение варикапа
Вара́ктор (от англ. variable — переменный и act — действие, actor — тот, кто действует ) — электронный прибор, полупроводниковый диод, реактивное сопротивление которого зависит от приложенного обратного напряжения. Точное определение неоднозначно.
Термин «варактор» по-разному определяется разными авторами. В русскоязычной литературе многими специалистами рассматривается как синоним или частный случай варикапа. Это мнение настолько широко распространено, что для варактора не придумано отдельного от варикапа обозначения на электрических схемах. А иногда слово «варактор» даже не употребляется, и используется только термин «варикап». Возможно, это связано с отсутствием термина «варактор» в государственных стандартах Советского Союза и постсоветских государств.
Есть, однако же, ряд особых мнений, по-своему определяющих понятие «варактор», а некоторые авторы даже считают его более общим, чем «варикап».
Понимание термина «варактор» и его отношение к термину «варикап» в англоязычной литературе, а также литературе на других языках, требует уточнения.
Многие считают варактор варикапом . При этом часто используется только термин варикап. Но есть и авторы, использующие только термин варактор. Встречается и такая форма — варакторный диод.
В то же время есть определение варактора как подтипа варикапа — умножительного диода , то есть используемого для умножения частоты . Там же в «Справочнике металлиста» отмечено, что варакторы используются в диапазоне СВЧ в параметрических усилителях. А вот Ю. А. Овечкин не употребляет термин «варактор», но тоже называет подобные варикапы параметрическими. Так же поступает и ГОСТ 15133-77[10].
Таким образом, параметрический диод — это варактор/варикап, используемый в параметрических усилителях.
Еще стоит упомянуть, что есть авторы, использующие оба термина, но не определяющие их, и по контексту не всегда понятно, эквивалентны они или нет[11].
В описании электрических схем иногда указывают два названия[12], но, возможно, это связано с взаимозаменяемостью разных видов диодов из-за особенностей конкретной схемы. Требует уточнения.
Это мнение есть в недавно опубликованном учебном пособии ЮФУ[13]. Авторы отдают предпочтение термину «варактор» и дают пояснение, что он является более общим, чем термин «варикап», который пришел из низкочастотной электроники.
Авторы выделяют подтипы варактора в зависимости от целей использования в электрических схемах:
Это точка зрения выражена коллективом авторов в 1973 году[14]. Авторы отделяют варактор от варикапа областью применения и особенностью работы p‑n-перехода. Однако, поясняют, что их определение не является общепризнанным, и что многие понимают под варактором всего лишь варикап, предназначенный для работы в диапазоне СВЧ.
Конкретнее, варакторы в их понимании предназначены для работы при больших амплитудах, и при этом на части периода колебаний сигнала p‑n-переход находится в открытом состоянии. При этом барьерная емкость перехода в процессе его отпирания может увеличиваться на несколько порядков за счет добавления так называемой диффузионной емкости.
Это приводит к тому, что дифференциальная емкость p‑n-перехода перестает существенно зависеть от степени нелинейности емкости закрытого p‑n-перехода, определяемой его химическим составом. Таким образом, снижение этой степени не ухудшает работу варактора, в отличие от варикапа, а иногда бывает даже полезным, так как ускоряет процесс восстановления закрытого состояния p‑n-перехода и, как следствие, уменьшает потери мощности.
Авторы замечают поэтому тенденцию снижения степени нелинейности при проектировании новых варакторов почти до нуля за счет использования p‑i‑n-переходов. При этом вольт-кулоновая характеристика варактора приближается к кусочно-линейной функции.
Эта точка зрения в чем-то похожа на мнения других авторов[15][16], считающих что варакторы используют нелинейные свойства p‑n-перехода, в отличие от варикапов, использующих только линейные, хотя остальные свойства у них совпадают.
Исследование, описанное в статье про варактор, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое варактор, варикап и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
Комментарии
Оставить комментарий
Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
Термины: Электроника, Микроэлектроника , Элементная база