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.