3.6.      Варикапы

Варикапами называют полупроводниковые приборы, действие которых основано на использовании зависимости барьерной емко­сти р-п-перехода от обратного напряжения и которые предназна­чены для применения в качестве элементов с электрически управ­ляемой емкостью.

Емкостью варикапов можно управлять дистанционно, меняя обратное напряжение на р-п-переходе. Варикапы практически безынерционны, имеют высокую добротность и низкий уровень шумов на высокой частоте, малые габариты и высокую надеж­ность. Они широко используются в качестве перестраиваемых элементов в переключателях каналов (программ) радио- и телеви­зионных приемников, в параметрических усилителях, преобразователях постоянного напряжения в переменное, измерительных уси­лителях, автогенераторах синусоидальных колебаний, для работы в умножителях частоты.

Вид вольт-фарадной характеристики варикапа определяется структурой р-п-перехода. Емкость резких р-п-перехо­дов изменяется в зависимости от напряжения на переходе следующим образом (см. рис. 2.11):

Для переходов с линей­ным законом распределения примесей показатель степени равен -l/3. Минимальная емкость (Cmin) определяется максимально до­пустимым обратным напряжением, превышение которое может привести к пробою р-п-перехода. Максимальная емкость (Сmах) измеряется при задан­ном начальном напряжении на варикапе. Диапазон изменения ем­кости характеризуется коэффициентом перекрытия по емкости

KC = Cmax/Cmin.

Температурная стабильность параметров варикапа в рабочем диапазоне температур характеризуется температурным коэффи­циентом емкости:

К-1.

Для серийных диодов эта величина составляет (200 – 500) 10-6 К-1.

Варикапы широко применяются в схемах автоматической под­стройки частоты как элемент резонансного колебательного конту­ра, поэтому важным параметром является добротность. Добротность – отноше­ние реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте пе­ременного сигнала к активному сопротивлению потерь при заданной емкости или обратном напряжении. Для расчета добротности варикапа используется эквивалентная схема р-п-перехода для малого сиг­нала при обратном смещении (рис. 3.8, а).

Так как варикапы работают при обратных смещениях р-п-перехода, то влия­нием диффузионной емкости в эквивалентной схеме можно пре­небречь. На относительно высоких частотах емкостное сопротив­ление становится много меньше дифференциального: , и шунтирующим действием дифферен­циального сопротивления () р-п-перехода можно пренебречь. По­этому добротность варикапа равна:

.

Таким об­разом, на высоких частотах добротность варикапа уменьшается с увеличением частоты (рис. 3.8, б). Максимальная рабочая частота варикапа определяется постоянной времени . Для дио­дов СВЧ τв достигает  с для диодов отдельных видов.

На низкой частоте емкостное сопротивление много больше сопротивления базовой области: , и поэтому последовательным сопротивлением  в схеме (рис. 3.8, а) можно пренебречь. Добротность варикапа на низкой частоте равна:

и с ростом частоты возрастает, а результирующая добротность с учетом всех элементов эквивалентной схемы на некото­рой частоте имеет максимум (рис. 3.8, б).

Электрические параметры некоторых вари­капов приведены в табл. 3.4.