Варикап: устройство, принцип работы и применение в схемах

Варикап (от англ. variable capacitor — «переменный конденсатор») — это полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости p-n перехода от приложенного обратного напряжения. Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура, деления и умножения частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и других устройствах радиотехники. Для понимания принципов работы варикапа полезно изучить устройство вариконда, который является его электролитическим аналогом.

При отсутствии внешнего напряжения в p-n-переходе существуют потенциальный барьер и внутреннее электрическое поле. Если к диоду приложить обратное напряжение, то высота этого потенциального барьера увеличится. Внешнее обратное напряжение отталкивает электроны в глубь n-области, в результате чего происходит расширение обеднённой области p-n-перехода, которую можно представить как простейший плоский конденсатор, в котором обкладками служат границы области. В таком случае, в соответствии с формулой для ёмкости плоского конденсатора, с ростом расстояния между обкладками (вызванной ростом значения обратного напряжения) ёмкость p-n-перехода будет уменьшаться. Это уменьшение ограничено лишь толщиной базы, далее которой переход расширяться не может. По достижении этого минимума с ростом обратного напряжения ёмкость не изменяется.

Изображение варикапа очень напоминает условное изображение полупроводникового диода. Дело в том, что p-n переход любого диода обладает так называемой барьерной ёмкостью. Сама по себе барьерная ёмкость перехода для диода нежелательна, но этот недостаток смогли использовать. В результате был разработан варикап – некий гибрид диода и переменного конденсатора, ёмкость которого можно менять с помощью напряжения. Это свойство активно используется в современных усилителях, например, в схемах УМЗЧ на TDA2007A, где требуется точная подстройка рабочих точек.

Основные параметры варикапов:

1. Общая ёмкость — ёмкость, измеренная между выводами варикапа при заданном обратном напряжении.
2. Коэффициент перекрытия по ёмкости — отношение ёмкостей при двух заданных значениях обратного напряжения на варикапе.

3. Добротность — отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте к сопротивлению потерь при заданном значении ёмкости или обратного напряжения.
4. Постоянный обратный ток — постоянный ток, протекающий через варикап при заданном обратном напряжении.
5. Максимально допустимое постоянное обратное напряжение.
6. Максимально допустимая рассеиваемая мощность.
7. Температурные коэффициенты емкости и добротности — отношение относительного изменения емкости (добротности) варикапа к вызвавшему его абсолютному изменению температуры. В общем случае сами эти коэффициенты зависят от значения обратного напряжения, приложенного к варикапу.
8. Предельная частота варикапа — значение частоты, на которой реактивная составляющая проводимости варикапа становится равной активной составляющей. Измерение предельной частоты производится при конкретных заданных обратном напряжении и температуре, которые в свою очередь зависят от типа варикапа.