Кіріспе
Диодтың түрі Диодтың түрі Электроникада варикап диод, варатор диод, өзгермелі сыйымдылық диод, өзгермелі реактанстық диод немесе реттеу диод - кері бұрылыспен жұмыс істейтін p-n торабының кернеуге тәуелді сыйымдылығын пайдалануға арналған диодтың түрі.
In electronics, a varicap diode, varactor diode, variable capacitance diode, variable reactance diode or tuning diode is a type of diode designed to exploit the voltage dependent capacitance of a reverse biased p–n junction.
Қолданбалар
Вараторлар кернеумен басқарылатын конденсаторлар ретінде қолданылады. Олар көбінесе кернеумен басқарылатын осцилляторларда, параметрлік күшейткіштерде және жиілік еселегіштерде қолданылады. Кернеумен басқарылатын осцилляторлардың FM таратушылар үшін жиілік модуляциясы және фазалық құлыптау сияқты көптеген қолданыс салалары бар. Фазалық құлыпталған контурлар радио, теледидар және ұялы телефондардың баптауын қамтамасыз ететін жиілік синтезаторларында қолданылады. Varicap құрылғысына 1961 жылдың маусым айында патент алған Ramo Wooldridge Corporation компаниясының Pacific Semiconductor еншілес компаниясымен әзірленген. Құрылғының атауы 1967 жылдың қазан айында Pacific Semiconductors компаниясының ізбасары TRW Semiconductors компаниясымен "Varicap" сауда белгісі ретінде тіркелген. Бұл құрылғы қолданысқа енген кезде оның әртүрлі атауларын түсіндіруге көмектеседі.
Операция
Варакторлар кері бұрылыс күйінде жұмыс істейді, сондықтан құрылғы арқылы тұрақты ток өте қоймайды. Кері бұрылыс мөлшері кему аймағының қалыңдығын, демек варактордың қосылыс сыйымдылығын анықтайды. Сыйымдылықтың өзгеру сипаттамасы допингтік профильге байланысты. Әдетте, күрт қосылыс профилі үшін, кему аймағының қалыңдығы қолданылатын кернеудің квадрат түбіріне пропорционалды, ал сыйымдылық кему аймағының қалыңдығына кері пропорционалды. Осылайша, сыйымдылық қолданылатын кернеудің квадрат түбіріне кері пропорционал. Гиперкүрт қосылыс профилі үшін сыйымдылықтың өзгеруі сызықтық емес, бірақ гиперкүрт варакторлар сыйымдылықтың үлкен өзгерісіне ие және төмен кернеуде жұмыс істей алады. Барлық диодтар осы өзгермелі қосылыс сыйымдылығын көрсетеді, бірақ варакторлар осы әсерді пайдалану және сыйымдылықтың өзгеруін арттыру үшін жасалады. Суретте p-n қосылысынан құралған кему қабаты бар варактордың қимасы көрсетілген. Бұл кему қабаты MOS немесе Шоттки диодынан да жасалуы мүмкін. Бұл CMOS және MMIC технологияларында маңызды.
Тюнингтік схемалар
Көбінесе схемада варикап диодты қолдану үшін оны әдетте кез келген сыйымдылық немесе индуктивтілікпен қатар, күйделген схемаға қосу қажет. Варикаптың сыйымдылығын өзгерту үшін оған кері бағытталған тұрақты ток (DC) кернеуі қолданылады. Тұрақты ток (DC) кернеуінің күйделген схемаға енуіне кедергі жасалуы керек. Бұл, варикап диодтың максималды сыйымдылығынан 100 есе үлкен сыйымдылығы бар тұрақты ток (DC) бөгегіш конденсаторды оған қатар қою арқылы және варикаптың катоды мен бөгегіш конденсатор арасындағы түйінге жоғары кедерісті көзден тұрақты ток (DC) беру арқылы жүзеге асырылуы мүмкін, бұл қоса берілген суреттегі жоғарғы сол жақ схемасында көрсетілгендей. Варикап арқылы маңызды тұрақты ток (DC) ағыны болмағандықтан, оның катодын тұрақты ток (DC) басқару кернеуіне жалғайтын резистордың мәні 22 кОм-нан 150 кОм-ға дейін, ал бөгегіш конденсатордың мәні 5–100 нФ аралығында болуы мүмкін. Кейде, өте жоғары сапалы (Q) күйделген схемалармен жұмыс істегенде, басқару кернеуінің көзінің кедерісін арттыру үшін, оның сапасын (Q) төмендетпеу үшін, резистормен қатар индуктор қойылады. Тағы бір кең таралған конфигурация екі варикап диодты артқа қарай (анодтан анодқа) қосуды қамтиды. (Суреттегі төменгі сол жақ схеманы қараңыз.) Екінші варикап бірінші схемадағы бөгегіш конденсатордың орнын толықтай алмастырады. Бұл жалпы сыйымдылықты және сыйымдылық диапазонын жартысына дейін азайтады, бірақ әрбір құрылғыдағы кернеудің айнымалы ток (AC) компонентін азайту артықшылығы бар және айнымалы ток (AC) компоненті варикаптарды алға қарай өткізгіштікке түсіретіндей амплитудаға ие болса, симметриялық бұрмалануға әкеледі. Варикаптарды қолдана отырып, күйделген схемаларды жобалау кезінде, әдетте, диодтың сыйымдылығын тым көп өзгертуге жол бермеу үшін, айнымалы ток (AC) компонентін ең төменгі деңгейде ұстап тұру қажет, әдетте, шыңнан шыңға дейін 100 мВ-тан кем, бұл сигналды бұрмалап, гармоникаларды қосады. Суреттегі жоғарғы оң жақтағы үшінші схема екі тізбекті қосылған варикапты және жеке тұрақты ток (DC) және айнымалы ток (AC) сигналдық жер қосылыстарын пайдаланады. Тұрақты ток (DC) жері дәстүрлі жер символы ретінде, ал айнымалы ток (AC) жері ашық үшбұрыш ретінде бейнеленеді. Жерлерді бөлу көбінесе (i) төмен жиілікті жер түйінінен жоғары жиілікті сәулеленуді болдырмау және (ii) айнымалы ток (AC) жер түйініндегі тұрақты ток (DC) токтері варикаптар және транзисторлар сияқты белсенді құрылғылардың қисықтары мен жұмыс нүктелерін өзгертуін болдырмау үшін жасалады. Бұл схемалық конфигурациялар теледидар тюнерлерінде, AM және FM радио қабылдағыштарында, сондай-ақ басқа да байланыс және өнеркәсіптік жабдықтарда кеңінен қолданылады. Алғашқы варикап диодтарына толық сыйымдылық диапазондарын алу үшін, әдетте, 0–33 В кері кернеу диапазоны қажет болатын, бұл диапазон әлі де өте кішкентай болды, шамамен 1–10 пФ. Бұл типтер – және қазір де – теледидар тюнерлерінде кеңінен қолданылады, олардың жоғары тасымалдаушы жиіліктері сыйымдылықтағы шағын өзгерістерді қажет етеді. Уақыт өте келе, 100–500 пФ үлкен сыйымдылық диапазондарын, кері бағытталған кернеудің салыстырмалы түрде кішкентай өзгерістерімен: 0–5 В немесе 0–12 В көрсеткен варикап диодтары жасалды. Бұл жаңа құрылғылар электрондық түрде баптауға болатын AM радио қабылдағыштарын іске асыруға, сондай-ақ төмен жиіліктерде, әдетте 10 МГц-тан төмен, үлкен сыйымдылық өзгерістерін қажет ететін көптеген басқа функцияларды іске асыруға мүмкіндік береді. Бөлшек сауда орындарында қолданылатын электрондық қауіпсіздік белгілерін оқушылардың кейбір жобаларында осы жоғары сыйымдылықтағы варикаптар кернеуді басқаратын осцилляторларында қолданылады. Беттің жоғарғы жағында көрсетілген үш қорғасынды құрылғылар, әдетте, бір корпустағы екі ортақ катодты қосылған варикаптар болып табылады. Оң жақтағы AM/FM тюнерінде, екі пакеттік варикап диоды танк схемасының (негізгі станция таңдаушысы) және әрқайсысы үшін бір варикаппен жергілікті осциллятордың өткізу жолын реттейді. Бұл шығындарды төмендету үшін жасалады – екі қос пакет қолданылуы мүмкін еді, біреуі резервуарға, біреуі осцилляторға, барлығы төрт диод, және бұл LA1851N AM радио чипіне арналған қолданба деректерінде көрсетілген. FM бөлімінде қолданылатын екі төмен сыйымдылықтағы қос варатор (бұл шамамен жүз есе үлкен жиілікте жұмыс істейді) қызыл жебелермен ерекшеленеді. Бұл жағдайда резервуар / жолақты өткізгіш сүзгі үшін қос пакет және жергілікті осциллятор үшін қос пакет арқылы төрт диод қолданылады.
Гармоникалық көбейту
Кейбір қолданбаларда, мысалы, гармоникалық көбейтуде, үлкен сигнал амплитудасы бар айнымалы кернеу варикапқа қолданылады, бұл сигналдың жиілігімен сыйымдылықты қасады түрлендіріп, жоғары гармоникаларды тудырады, олар сүзгі арқылы бөліп алынады. Егер жеткілікті амплитудалы синусоидты ток варикап арқылы өткізілсе, нәтижесіндегі кернеу үшбұрышты пішінге келтіріліп, тақ гармоникалар пайда болады. Бұл, транзисторлар осы жоғары жиілікте жұмыс істеуге жетілмеген кезде, 3-400 МГц жиілігінде 20 Вт қуаттан 1-2 ГГц, 1-5 Вт қуатты микротолқын жиіліктерін жасау үшін қолданылған алғашқы әдістердің бірі болды. Бұл техника әлі де 100 ГГц – 1 ТГц диапазонында одан да жоғары жиіліктерді жасау үшін қолданылады, онда тіпті ең жылдам GaAs транзисторлары да жеткіліксіз болып табылады.
Варикап диодтарының орнына
Барлық жартылай өткізгіштік түйіспе құрылғылары осы құбылысты көрсетеді, сондықтан оларды варикаптар ретінде қолдануға болады, бірақ олардың сипаттамалары бақыланбайды және партиялар арасында кең ауқымда өзгеруі мүмкін. Көбінесе қолданылатын варикаптарға LED, 1N400X сериялы диодтар, Шотки диодтары және коллектор-базалық түйісі кері полярленген түрде қолданылатын әртүрлі транзисторлар, әсіресе 2N2222 және BC547 жатады. Транзисторлардың эмитер-базалық түйісін кері полярлеу, егер AC амплитудасы шағын болса, өте тиімді. Аваландық құбылыс басталар алдында максималды кері полярлену кернеуі әдетте 5 және 7 вольт аралығында болады. Жоғары токпен жұмыс істейтін құрылғылар, үлкен түйіс ауданына ие болса, жоғары сыйымдылыққа ие болады. Philips BA 102 варикапы және 1N5408 зенер диоды түйіс сыйымдылығының өзгеруі жағынан ұқсас, бірақ BA 102 түйіс сыйымдылығына қатысты белгілі бір сипаттамалар жиынтығына ие (ал 1N5408 мұндай сипаттамаға ие емес) және 1N5408-дің "Q" көрсеткіші төмен. Варикаптар ойлап табылғанға дейін, мотормен басқарылатын өзгермелі конденсаторлар немесе қанықтырылатын өзек реакторлары VCO және Екінші дүниежүзілік соғыстағы неміс спектр талдағыштары сияқты құрылғылардың сүзгілерінде электрлік басқарылатын реактивті элементтер ретінде қолданылды.