Tabla de contenido
¿Qué es un diodo varactor?, su símbolo, estructura, función, ventajas, desventajas y aplicaciones.
Un diodo es un componente basado en semiconductores que permite la corriente en una dirección y bloquea la corriente en la dirección opuesta. Hay varios tipos de diodos utilizados en los circuitos. Un diodo varactor es un tipo de diodo que se analizará en detalle en este artículo.
Los diodos varactores están estrechamente relacionados con los condensadores, por lo que se analizan los condensadores.
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condensador
Un condensador es un componente que almacena carga entre sus placas en forma de campo eléctrico. La capacidad de almacenar carga eléctrica se llama capacitancia. La capacitancia, por otro lado, depende del área de estas placas y de la distancia entre ellas.
Las placas conductoras están separadas por un material aislante conocido como dieléctrico. Los dieléctricos bloquean el flujo de cargas eléctricas entre ellos, pero bloquean las líneas eléctricas de fuerza.
Como ambas placas conductoras están conectadas a terminales separados de la batería o fuente de alimentación. Una de las placas almacena una carga positiva y la otra una carga negativa. A medida que las cargas se acumulan, crean un campo conocido como campo eléctrico entre ellas.
diodo varactor
Un diodo varactor es un diodo de unión PN cuya capacitancia cambia con los cambios en el voltaje inverso aplicado. La capacitancia interna es en realidad una capacitancia de unión que depende del ancho de la unión. El ancho de la región de agotamiento cambia con el voltaje inverso aplicado, por lo que la capacitancia del diodo varactor cambia con el voltaje aplicado.
Un diodo varactor es un componente dependiente del voltaje cuya salida depende del voltaje de entrada. Se utiliza como un capacitor variable que controla la capacitancia ajustando el voltaje inverso aplicado.
Es bueno saberlo: los diodos Varactor también se conocen como Diodos Varicap, diodos de sintonización, diodos Voltcap, diodos de capacitancia variable de voltaje.
símbolo del diodo varactor
El símbolo de los diodos varactores es similar al de los diodos y condensadores convencionales. Tengo dos terminales. ánodo y cátodo. El símbolo se puede dividir claramente en una parte de diodo y una parte de condensador con el ánodo en el lado del diodo y el cátodo en el lado del condensador, como se muestra en la siguiente figura.
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Fabricación de diodos varicap
Un diodo varactor es un diodo de unión PN que combina dos capas de materiales semiconductores, un semiconductor de tipo P y un semiconductor de tipo N. La combinación de ambas capas crea una región de agotamiento entre ellas. La región de agotamiento es libre. Sin embargo, las capas N y P tienen la mayoría de electrones y huecos, respectivamente. Sin embargo, la región de agotamiento no permite que estos portadores fluyan a menos que se aplique un potencial.
La principal diferencia entre los diodos PN convencionales y los diodos varactores es que la concentración de dopaje de los diodos convencionales es uniforme, mientras que la concentración de dopaje de los diodos varactores es baja cerca de la unión y aumenta hacia los terminales externos.
Los semiconductores de tipo P y tipo N se construyen sobre estructuras de mesa. Los semiconductores utilizados son silicio (baja frecuencia) o arseniuro de galio (alta frecuencia). Un espárrago de molibdeno chapado en oro está conectado a la capa de tipo N a través de una estructura de mesa y al semiconductor de tipo P a través de un cable chapado en oro. Se utilizan como terminales. ánodo y cátodo. Encerrado en una estructura cerámica.
trabajo y funcionamiento
Un diodo varactor está diseñado para tener una capacitancia variable que varía con el voltaje inverso aplicado. Por lo tanto, es necesario comprender de antemano cómo funcionan los condensadores variables. Un capacitor tiene dos placas conductoras separadas por un medio dieléctrico, una de las cuales está conectada a un voltaje positivo y la otra a un voltaje negativo. Dado que el medio dieléctrico no permite el flujo de carga, la carga se acumula en la superficie de las placas conocida como capacitancia. Esta capacitancia depende de varios factores, incluido el espacio entre las placas. La capacitancia es inversamente proporcional al espacio entre las placas. Este principio de funcionamiento de los condensadores variables se utiliza en los diodos varactores.
Un diodo varactor es una unión PN formada por la unión de una capa de semiconductor de tipo P y una capa de semiconductor de tipo N. La capa de tipo P tiene principalmente cargas positivas y la capa de tipo N tiene principalmente cargas negativas. Las cargas se combinan en el medio, neutralizándose entre sí y formando un espacio entre las capas llamado región de agotamiento. La estructura formada se parece a un capacitor cuya capacitancia depende del ancho de la región de agotamiento.
Cuando el diodo varactor está polarizado en directa, es decir, el ánodo está conectado a la terminal positiva y el cátodo a la terminal negativa de la fuente de voltaje, el ancho de la región de agotamiento disminuye y eventualmente desaparece.Fluirá una gran corriente. Los diodos varactores no se utilizan en polarización directa porque transportan corriente.
Cuando el diodo varactor está conectado en polarización inversa, es decir, el ánodo está conectado negativo y el cátodo está conectado al terminal positivo de la fuente de voltaje. Un voltaje inverso aplicado aleja la carga de la unión, ampliando la región de agotamiento. A medida que aumenta el voltaje inverso, también lo hace la región de agotamiento. Por lo tanto, el voltaje aplicado puede controlar el ancho de la región de agotamiento.
La estructura dada se parece a la de un capacitor donde la capa semiconductora son dos placas conductoras que almacenan carga y la región de agotamiento es la separación dieléctrica entre ellas. La capacitancia de una unión PN se llama capacitancia de unión.
La carga se almacena en la capa opuesta dada por polarización inversa. A medida que disminuye el ancho de agotamiento, se almacena más carga. Es decir, la capacitancia aumenta. A medida que aumenta el ancho de agotamiento, se almacena menos carga y también lo hace la capacitancia. Dado que el ancho de agotamiento se controla variando el voltaje inverso aplicado, la capacitancia del diodo varactor se puede variar variando el voltaje inverso.
Por lo tanto, la ecuación del capacitor variable se puede usar para calcular la capacitancia del diodo varactor. La expresión de la capacitancia de unión de un diodo varactor está dada por:
Cj = εA/d
dónde
- Cj = capacitancia de unión
- ε = constante dieléctrica del semiconductor
- A = área de la sección transversal de la unión
- D = ancho de la región de agotamiento
Los diodos varactores se utilizan como condensadores para almacenar y no conducir carga. Conduce con polarización directa y bloquea (almacena) la carga con polarización inversa. Por lo tanto, los diodos varactores solo se usan en polarización inversa y nunca en polarización directa.
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Características de los diodos varactores
Una curva característica muestra la relación entre la capacitancia de un diodo varactor y el voltaje de polarización inversa. Como se muestra en la siguiente figura, el eje vertical representa la capacitancia y el eje horizontal representa el voltaje inverso.
El gráfico muestra claramente que la capacitancia disminuye al aumentar el voltaje inverso. Esto se debe a que el ancho de la unión aumenta con el voltaje aplicado.
El valor exacto de la capacitancia del diodo varactor usando el valor del voltaje aplicado se puede medir usando la fórmula dada.
Cj = CK / (Vb – Vr)metros
dónde:
- Cj = capacitancia de unión del diodo varactor
- C = capacitancia sin sesgo
- constante igual a K = 1
- Vb = potencial de barrera
- Vr = Voltaje inverso aplicado
- m = constante (0,33 – 0,5) que depende del material semiconductor y su concentración de dopaje
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Circuito sintonizado mediante diodos varactores
Los diodos varactores se utilizan en circuitos de sintonización para ajustar la frecuencia resonante del circuito variando el voltaje.El diagrama dado muestra un circuito sintonizado
Este es un circuito RLC con dos diodos varactores D1 y D2 como capacitores variables C1 y C2, resistencia R e inductor L respectivamente. Los dos diodos están conectados en polarización inversa. sus cátodos están conectados a una fuente de voltaje de CC positiva variable. Este voltaje de CC variable se usa para variar la capacitancia de ambos diodos. Entonces, la capacitancia total Ct es la capacitancia combinada de ambos diodos. La frecuencia resonante de un circuito sintonizado dado viene dada por
pedo0 = 1/2π√(LCt)
dónde
- Ct = C1 C2 / (C1 + C2)
- F0 = frecuencia de resonancia
- L = inductancia medida en henrios
- Ct = capacitancia equivalente total de ambos diodos
Ventajas y desventajas de los diodos Varactor
ventaja
Aquí hay algunas ventajas de los diodos varactor.
- La principal ventaja de los diodos varactores es que la capacitancia se puede controlar fácilmente variando el voltaje aplicado.
- Su funcionamiento es menos ruidoso en comparación con otros diodos.
- Menos ruido significa menos pérdida de energía. por lo tanto más eficiente.
- Diseño pequeño, ligero y compacto.
- Barato y económico.
- Más confiable.
Contras
Algunos inconvenientes de los diodos varactores son:
- La tensión inversa no debe superar la tensión de ruptura. De lo contrario, el diodo se dañará.
solicitud
Los diodos varactores se utilizan principalmente como condensadores variables porque el cátodo y el ánodo se utilizan como placas conductoras y la región de empobrecimiento actúa como medio dieléctrico entre ellos. Sin embargo, se utilizan en múltiples aplicaciones, algunas de las cuales se enumeran a continuación.
- Se utilizan como condensadores de sintonización para reemplazar los viejos condensadores de sintonización mecánica en televisores y radios.
- Se utiliza en el diseño de VCO (osciladores controlados por voltaje) utilizados en circuitos de transmisión y recepción de comunicaciones.
- También se utiliza como multiplicador de frecuencia.
- También se utiliza en PLL (bucles de enganche de fase) para modulación en comunicaciones.
- Se utiliza para pequeños circuitos de control remoto.
- Utilizado en filtros de frecuencia con ancho de banda ajustable.
- También se utiliza en generadores de armónicos.
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