Варикап
В современной электронике появляется всё больше электронных компонентов управляемых напряжением. Это связано с активным развитием цифровой техники. Ранее электронная аппаратура управлялась всевозможными ручками регулировки, кнопками, многопозиционными переключателями, т.е. руками.
Цифровая техника избавила нас от этого, а взамен дала возможность управлять и настраивать устройства посредством кнопок и экранного меню. Всё это было бы невозможно без электронных компонентов, управляемых напряжением. К одному из таких электронных компонентов можно отнести варикап.
Варикап – это полупроводниковый диод, который изменяет свою ёмкость пропорционально величине приложенного обратного напряжения от единиц до сотен пикофарад. Так изображается варикап на принципиальной схеме.
Как видим, его изображение очень напоминает условное изображение полупроводникового диода. И это не случайно. Дело в том, что p-n переход любого диода обладает так называемой барьерной ёмкостью. Сама по себе барьерная ёмкость перехода для диода нежелательна. Но и этот недостаток смогли использовать. В результате был разработан варикап – некий гибрид диода и переменного конденсатора, ёмкость которого можно менять с помощью напряжения.
Как известно, при подаче обратного напряжения на диод, он закрыт и не пропускает электрический ток. В таком случае p-n переход выполняет роль своеобразного изолятора, толщина которого зависит от величины обратного напряжения (Uобр). Меняя величину обратного напряжения (Uобр), мы меняем толщину перехода – этого самого изолятора. А поскольку электрическая ёмкость C зависит от площади обкладок, в данном случае площади p-n перехода, и расстояния между обкладками – толщины перехода, то появляется возможность менять ёмкость p-n перехода с помощью напряжения. Это ещё называют электронной настройкой.
На варикап прикладывают обратное напряжение, что изменяет величину ёмкости барьера p-n перехода.
Отметим, что барьерная ёмкость есть у всех полупроводниковых диодов, и она уменьшается по мере увеличения обратного напряжения на диоде. Но вот у варикапов эта ёмкость может меняться в достаточно широких пределах, в 3 – 5 раз и более.
Положительные качества варикапа.
У варикапов очень маленькие потери электрической энергии и малый ТКЕ (температурный коэффициент ёмкости) поэтому их с успехом применяют даже на очень высоких частотах, где ёмкость конденсатора измеряется долями пикофарад. Это очень важно, так как если бы ёмкость варикапа была нестабильна из-за утечек (потери электрической энергии) и температуры (ТКЕ), то частота колебательного контура «уходила» и «гуляла», т.е. менялась. А это недопустимо! Познакомьтесь с колебательным контуром, и вы сразу поймёте насколько это важно.
Как работает варикап?
На рисунке показана типовая схема управления варикапом.
R2 – переменный резистор. С помощью винта по рабочей поверхности этого резистора перемещается ползунок, который плавно изменяет сопротивление, а, соответственно, и величину обратного напряжения (Uобр), подаваемого на варикап. Конденсатор С1 препятствует попаданию на индуктивность L1 постоянного напряжения.
Постоянный резистор R1 уменьшает шунтирующее действие резистора R2 на контур, что позволяет сохранить резонансные свойства контура. Как видим, ёмкость варикапа входит в состав колебательного контура. Меняя ёмкость варикапа, мы изменяем параметры колебательного контура и, следовательно, частоту его настройки. Так реализуется электронная настройка.
В современных цветных телевизорах есть такая функция – автонастройка (автопоиск) телеканалов. Нажимаем на кнопку, и весь диапазон сканируется на предмет наличия вещательных программ – телеканалов. Так вот этой функции просто бы не существовало, если бы не было варикапа.
В телевизоре управляющей схемой формируется плавно меняющееся напряжение настройки, которое и подаётся на варикап. За счёт этого меняются параметры колебательного контура приёмника (тюнера) и он настраивается на тот или иной телеканал. Затем происходит запоминание напряжения настройки на каждый из найденных телеканалов, и мы можем переключаться на любой из них, когда захотим.
Кроме обычных варикапов очень часто используют сдвоенные и строенные варикапы с общим катодом. Вот такой вид они имеют на принципиальных схемах.
Они используются, как правило, в радиоприёмных устройствах, где необходимо одновременно перестраивать входной контур и гетеродин с помощью одного потенциометра. Имеются так же обычные сборки, когда в одном корпусе размещается несколько варикапов электрически не связанные между собой.
Параметры варикапов.
Несмотря на то, что варикап разработан на базе диода, это всё-таки конденсатор и именно параметры, связанные с ёмкостью и являются основными. Вот лишь некоторые из них:
- Максимальное обратное постоянное напряжение (Uобр. max.). Измеряется в вольтах (В). Это максимальное напряжение, которое можно подавать на варикап. Напомним, что ёмкость варикапа уменьшается при увеличении обратного напряжения на нём.
- Номинальная ёмкость варикапа (СВ). Это ёмкость варикапа при фиксированном обратном напряжении. Поскольку варикапы выпускаются на различные значения ёмкости, начиная от долей пикофарады и до сотен пикофарад, то их ёмкость измеряют, подавая определённую величину обратного напряжения на варикап. Оно может быть равным 4 и более вольтам, и, как правило, указывается в справочных данных.
Например, для отечественного варикапа КВ109А коэффициент перекрытия Кс равен 5,5. Ёмкость при Uобр = 25 В составляет 2,8 пФ (Это – Cmin). Так как диапазон обратного напряжения для варикапа КВ109А составляет 3 – 25 вольт, то используя формулу, можно узнать ёмкость этого варикапа при обратном напряжении в 3 вольта. Оно составит 15,4 пФ.(Это – Cmax).
В документации на импортные варикапы так же указывается коэффициент перекрытия. Он называется capacitance ratio. Формула, по которой считается этот параметр, выглядит так (для варикапа BB133).
Как видим, берётся ёмкость варикапа при обратном напряжении в 0,5V и в 28V. Так как ёмкость варикапа уменьшается при увеличении обратного напряжения на нём, то становиться ясно, что эта формула расчёта аналогична той, что применяется для расчёта Кс.
Все остальные параметры можно считать несущественными. В некоторых случаях необходимо обратить внимание на граничную частоту, но это не столь важно, поскольку варикапы уверенно работают во всём радио и телевизионном диапазоне.
Что такое варикап?
Варикап – это одна из разновидностей полупроводниковых диодов. Главным его свойством является барьерная емкость при приложении к ней так называемой обратного напряжения. Минусовой полюс подключается в этом случае к плюсовому выходу самого варикапа. Когда подается управляющее напряжение, допусти низкочастотный сигнал, он приводит изменение в величине того самого обратного тока на обоих электродах варикапа.
Используются эти радиодетали при построении схем модуляторов в роли переменной емкости, которая управляется электрическим путем, а не механическим. В статье будут описаны все тонкости устройства варикапов, где они используются и для чего. Также по данной теме содержится видеоролик и подробная статья.
Что представляет собой варикап
Представленный компонент является полупроводниковым диодом. Его работа основана на применении зависимости между емкостью и обратным напряжением. Важными показателями варикапа считаются добротность, рассеиваемая мощность, общая емкость и коэффициент перекрытия по ней, постоянный обратный ток и напряжение.
При помощи таких элементов производится электронная настройка контуров колебательного типа в радиоприемных устройствах и средствах связи. Для использования их опций в схему обязательно включается обратное напряжение. При его подаче на диод происходит изменение величины емкости барьера. Она может варьироваться в широких пределах, что отличает варикап от компонентов со схожими функциями.
Преимущества применения варикапов
Эти элементы используются там, где нужно изменять емкость. Чаще всего они встречаются в схемах приборов, принимающих радиосигналы. Сюда относятся телевизионные тюнеры и традиционные радиоприемники. Наиболее ярким примером действия варикапа является опция «автопоиск каналов», давно ставшая обязательной в современных телевизорах. Разрабатываются варикапы на основании диодов, но по сути они являются конденсаторами. Их основными положительными качествами выступают:
- низкий уровень потерь электроэнергии;
- незначительный коэффициент температурной емкости;
- небольшая стоимость;
- надежность и продолжительный срок службы.
На практике весьма успешно диоды КВ используются на предельно высоких частотах, в условиях, где емкость конденсатора достигает долей пикофарад. Благодаря им удается избежать изменений частоты колебательного контура, что недопустимо для оборудования. Существует несколько видов варикапов. Таблица с полной справочной информацией по ним представлена ниже:
Помимо обычных компонентов, выпускаются сдвоенные, а также строенные аналоги, которые соединены одним катодом. Найти можно и классические сборки. Это корпуса с несколькими варикапами, отличающиеся отсутствием электрической связи.
Номинальная емкость
Номинальная емкость варикапа представляет его барьерную емкость при заданном напряжении смещения. На основании зависимости барьерной емкости от приложенного к выводам варикапа обратного напряжения строится так называемая вольт-фарадная характеристика варикапа, имеющая участок, форма которого близка к линейной. Для того чтобы варикап работал именно на этом участке характеристики, на его электроды следует подать исходное напряжение смещения, величина которого определяет положение рабочей точки варикапа, то есть его номинальную барьерную емкость.
[stextbox коэффициентом перекрытия по емкости в рабочем интервале напряжений понимается отношение общих емкостей варикапа при двух заданных значениях обратного напряжения. Обычно определение данного коэффициента производится для емкостей в рабочем интервале напряжений, то есть коэффициент перекрытия по емкости представляет собой отношение максимальной и минимальной емкостей варикапа.[/stextbox]
Значение максимальной рабочей частоты определяет граничную частоту, при превышении которой основные параметры варикапа перестают соответствовать паспортным данным. Добротность конденсатора, роль которого выполняет варикап, рассчитывается как отношение реактивного сопротивления на заданной частоте к сопротивлению потерь при заданной емкости варикапа или обратном напряжении.
Особого внимания заслуживает температурный коэффициент варикапа, который характеризует зависимость величины его емкости от температуры окружающей среды. Помимо указанных параметров при выборе варикапа для каскада модуляции миниатюрного радиопередатчика следует обратить внимание на такие параметры, как максимальная рассеиваемая мощность, максимально допустимое обратное постоянное напряжение, а также постоянный обратный ток при этом напряжении.
Основные схемы включения варикапа
Одним из основных способов осуществления модуляции в транзисторных микропередатчиках является воздействие модулирующего НЧ-сигнала на параметры селективного элемента ВЧ-генератора. Селективный элемент обычно представляет собой резонансный контур, образованный параллельно включенными катушкой индуктивности и конденсатором.
Будет интересно➡ Что такое SMD светодиоды
Изменение параметров входящей в состав контура катушки индуктивности в миниатюрных радиопередатчиках довольно затруднительно, поскольку соответствующие схемотехнические решения весьма сложны, а их реализация трудоемка. В то же время применение варикапа, доступного и дешевого полупроводникового элемента, емкость которого можно изменять, непосредственно подавая на его выводы модулирующее напряжение, значительно упрощает решение задачи. Поэтому схемотехнические решения модуляторов на варикапах, обеспечивающие частотную модуляцию ЧМ-сигнала с весьма приемлемыми параметрами, пользуются особой популярностью.
В транзисторных LC-генераторах варикап в качестве элемента с емкостным характером комплексного сопротивления может быть подключен к резонансному контуру как параллельно, так и последовательно. Упрощенные принципиальные схемы включения варикапа параллельно резонансному контуру (без цепей формирования напряжения смещения варикапа) приведены на рис. 4.1. Отличительной особенностью схемотехнического решения, изображенного на рис. 4.1б, является включение варикапа вместо конденсатора параллельного резонансного контура.
При разработке модулятора на варикапе не следует забывать о том, что для функционирования этого полупроводникового прибора в штатном режиме на его выводы следует подавать напряжение смещения определенной величины. Поэтому в состав модулирующего каскада необходимо включить соответствующую цепь формирования напряжения смещения варикапа. Такая цепь в миниатюрных транзисторных передатчиках обычно выполняется на резисторах.
Параллельный колебательный контур образован катушкой индуктивности L1 и емкостью варикапа VD1. Резонансная частота контура может изменяться при изменении величины обратного напряжения на варикапе, которое зависит от положения движка потенциометра R2. Для того чтобы уменьшить шунтирующее влияние потенциометра R2 на добротность контура, в цепь включен резистор R1, имеющий сравнительно большое сопротивление. Также в состав цепи включен разделительный конденсатор С1, без которого варикап VD1 оказался бы замкнут накоротко через катушку L1.
Аналогичные схемы включения варикапа используются и в транзисторных трехточечных LC-генераторах. Широкое распространение получили схемотехнические решения, в которых варикап подключается параллельно катушке индуктивности (в индуктивных трехточках), а также параллельно одному из конденсаторов емкостного делителя ВЧ-генератора (в емкостных трехточках). Весьма разнообразны схемотехнические решения модуляторов с применением варикапа, предназначенные для модуляции сигнала генераторов с кварцевой стабилизацией частоты.
При создании таких конструкций приходится, с одной стороны, добиваться высокой стабильности частоты генератора с помощью кварцевого резонатора, а с другой – обеспечивать возможность изменения этой частоты по закону модулирующего сигнала. Обычно при разработке транзисторных микропередатчиков для ВЧ-генератора с кварцевой стабилизацией частоты выбираются осцилляторные схемы, в которых кварцевый резонатор используется в качестве элемента с индуктивным характером комплексного сопротивления в резонансном контуре. В этом случае варикап, как элемент с изменяемой по закону модуляции емкостью, может быть подключен как последовательно, так и параллельно кварцевому резонатору.
Расчет характеристик
Управляемые напряжением полупроводниковые конденсаторы переменной емкости – варикапы – приборы с сильно выраженной нелинейностью. По этой причине в цепях, где к варикапу приложено переменное напряжение относительно большой амплитуды, он способен преподнести сюрприз. По сути, варикап – это обратносмещенный полупроводниковый диод. Прямая ветвь его вольт-амперной характеристики, принципиальная для основного назначения диода (выпрямление, детектирование), для варикапа несущественна. В общем случае в качестве варикапа можно использовать (и на практике это нередко реализуют) диод и даже коллекторный или змиттерный переход биполярного транзистора.
Будет интересно➡ Что такое Диод Зенера
В отличие от полупроводниковых диодов, у варикапов нормируют (и, разумеется, обеспечивают при производстве) емкость р-n перехода при определенном напряжении смещения на нем и добротность. Заметим, что добиться добротности варикапа, заметно превышающей добротность контурной катушки, непросто. Это объясняется тем, что в варикапе, как и в любом диоде, последовательно с р-n переходом всегда включено сопротивление базовой области полупроводника, а параллельно – эквивалентное сопротивление, обусловленное обратным током через переход. Относительно низкая добротность варикапа подразумевает, в частности, необходимость учитывать ее при расчете добротности колебательного контура
Зависимость емкости р-n перехода от приложенного к нему обратного напряжения имеет степенной характер вида С-U-n, где значение параметра n может находиться в пределах от 0,33 до 0,5 (определяется технологией изготовления перехода). На рис. 1 показана типовая вольт-фарадная характеристика варикапа Д902, построенная в линейных координатах. Подобные характеристики можно найти в справочной литературе. Они позволяют определить емкость варикапа при различных значениях напряжения смещения.
Однако предпочтительнее иметь дело с вольт-фарадной характеристикой варикапа, построенной в “двойном” (т. е. по обеим осям) логарифмическом масштабе. Известно, что степенная функция выглядит в таком масштабе как прямая линия, причем тангенс угла ее наклона к оси ординат численно равен показателю степени функции. На рис. 2 показан этот график для варикапа Д902. Измерив обычной линейкой стороны прямоугольного треугольника ABC, получаем для модуля показателя степени значение 0,5 (АВ/ВС). Падающий характер характеристики говорит о том, что этот показатель имеет минусовой знак. Таким образом, зависимость емкости варикапа Д902 от приложенного напряжения имеет вид С = U-0.5.
Сказанное выше относится к “классическим” варикапам. Для увеличения эффективности управления современными варикапами при их изготовлении принимают специальные технологические меры, поэтому и вольт-фарадные характеристики могут иметь уже не столь простой вид. Поскольку вольт-фарадная характеристика варикапа нелинейна, его использование в аппаратуре неизбежно приводит к появлению искажений. Немецкий радиолюбитель Ульрих Граф (DK4SX) провел измерения интермодуляционных искажений второго и третьего порядков в различных полосовых фильтрах, содержащих полупроводниковые диоды (Ulrich Graf. Intermodulation an passiven Schaltungsteilen. – CQ DL, 1996, № 3, s. 200-205). Он подавал на вход фильтра (входное сопротивление 50 Ом) два сигнала с уровнем +3 дБ (10 мВ на сопротивлении 50 Ом) и анализировал спектр выходного сигнала. Значения частоты входных сигналов Граф выбирал так, чтобы продукты интермодуляции попадали в полосу пропускания фильтра.
В одном из экспериментов в двуконтурном входном полосовом фильтре постоянные конденсаторы, входящие в колебательные контуры, были заменены варикапами. Интермодуляционные составляющие второго порядка на выходе фильтра при этом возросли по уровню на 10 дБ, а третьего – почти на 50 дБ! Иными словами, варикапы во входных цепях приемников способны ухудшить их реальную избирательность, хотя, скорее всего, они так “сработают” лишь в аппаратуре относительно высокого класса (связная техника). Впрочем, и в приемнике среднего класса интермодуляция на входном варикапе может стать существенной, если приемник эксплуатируют вблизи передающих устройств.
Есть, однако, узлы, в которых к варикапу принципиально должно быть подведено относительно большое переменное напряжение – речь идет о генераторах. Как же определить границу зоны нормальной работы варикапа в генераторе? Можно, например, измерять переменное напряжение на варикапе и сравнивать его с управляющим.
Для этого необходим ВЧ вольтметр с высоким входным сопротивлением и малой входной емкостью (чтобы его подключение не изменяло режима работы генератора). Минимально допустимое управляющее напряжение на варикапе можно определить, не нарушая режима работы генератора, и с помощью частотомера. Его подключают к выходу генератора и снимают зависимость крутизны управления генератором от управляющего напряжения.
Будет интересно➡ Что такое ультрафиолетовые светодиоды?
Крутизна управления – зто отношение изменения частоты генератора к вызвавшему его заданному изменению управляющего напряжения – ΔF/ΔU. При полном включении варикапа в контур крутизна может, например, быть описана степенной функцией (по крайней мере, для Д902), показатель которой зависит от вида вольт-фарадной характеристики варикапа. Вспомним (см. выше), что такая функция, если ее построить в “двойном” логарифмическом масштабе, представляет собой прямую линию.
[stextbox варикап начнет выходить из нормального режима работы, характер зависимости крутизны от управляющего напряжения изменится. Это справедливо и в более общем случае, когда варикап включен в контур не полностью или его вольт-фарадная характеристика – не степенная функция.[/stextbox]
Поскольку вольт-фарадная характеристика нелинейна, измерения следует вести в определенной последовательности. Установив некоторое управляющее напряжение Uynp, определяют частоту генератора Fr. Затем сначала уменьшают зто напряжение до Uyпр – ΔUynp, а потом увеличивают до Uynp + ΔUynp и считывают по табло частотомера соответствующие значения частоты Fr1 и Fr2.
Крутизну управления при управляющем напряжении Uyпр рассчитывают по формуле ΔF/ΔU = (Fr2-Fr1)/2ΔUynp. Абсолютное значение изменения напряжения ΔUyпp должно быть минимальным, но таким, при котором можно надежно фиксировать изменение частоты генератора. Затем устанавливают другое значение управляющего напряжения Uупр и повторяют измерения. Такая методика уменьшает влияние нелинейности вольт-фарадной характеристики варикапа на точность измерения крутизны управления. Результаты измерений крутизны управления частотой генератора с полным включением варикапа в контур (см. рис. 3) представлены на рис. 5. Видно, что при управляющем напряжении на варикапе ниже 3,5 В он выходит из нормального режима. Иначе говоря, для указанного генератора это напряжение и будет критическим.
При дальнейшем уменьшении управляющего напряжения наклон кривой может вообще изменить свой знак! Происходит это из-за уже упоминавшегося выпрямления высокочастотного напряжения, приложенного к варикапу. Выпрямленное напряжение вычитается из управляющего и начинает преобладать над ним. Если описанная ситуация произойдет, например, с гетеродином вашего приемника, будет чему удивляться. Представьте себе – при вращении в одну и ту же сторону ручки переменного резистора “Настройка” частота приема сначала изменяется в одном направлении, затем практически перестает изменяться, а потом может пойти обратно.
Сфера использования
В настоящее время в транзисторных микропередатчиках и радиомикрофонах широкое распространение получили схемотехнические решения модуляторов, в которых в процессе модуляции в соответствии с мгновенным значением уровня модулирующего сигнала изменяются параметры и режимы работы активного элемента ВЧ-генератора, то есть биполярного или полевого транзистора.
Отдельную группу составляют схемы модуляторов с использованием варикапов, изменение емкости которых по закону модулирующего сигнала приводит к соответствующему изменению параметров селективного элемента, то есть резонансного контура. В связи с ограниченным объемом данной книги в следующих разделах будут рассмотрены лишь некоторые из наиболее популярных схемотехнических решений модуляторов ВЧ-сигнала LC-генераторов, применяемые при разработке миниатюрных транзисторных радиопередающих устройств.
Варикапы отечественного производства, характеристики, справочник
Представленный компонент является полупроводниковым диодом. Его работа основана на применении зависимости между емкостью и обратным напряжением. Важными показателями варикапа считаются добротность, рассеиваемая мощность, общая емкость и коэффициент перекрытия по ней, постоянный обратный ток и напряжение.
При помощи таких элементов производится электронная настройка контуров колебательного типа в радиоприемных устройствах и средствах связи. Для использования их опций в схему обязательно включается обратное напряжение. При его подаче на диод происходит изменение величины емкости барьера. Она может варьироваться в широких пределах, что отличает варикап от компонентов со схожими функциями.
Обозначение варикапа на схеме
За что отвечает варикап
Электронно-дырочный, или p-n переход, если к нему приложено обратное сопротивление, имеет свойства конденсатора. При изменении напряжения, изменяется и толщина p-n перехода, а значит емкость между слоями полупроводника. Сам переход выступает диэлектриком. Данное явление описывает принцип работы варикапа (varicap). Устройство используется в качестве конденсатора переменной емкости, которая зависит от напряжения на переходе. При изменении напряжения можно изменить и емкость.
Преимущества применения варикапов
Эти элементы используются там, где нужно изменять емкость. Чаще всего они встречаются в схемах приборов, принимающих радиосигналы. Сюда относятся телевизионные тюнеры и традиционные радиоприемники. Наиболее ярким примером действия варикапа является опция «автопоиск каналов», давно ставшая обязательной в современных телевизорах. Разрабатываются варикапы на основании диодов, но по сути они являются конденсаторами. Их основными положительными качествами выступают:
- низкий уровень потерь электроэнергии;
- незначительный коэффициент температурной емкости;
- небольшая стоимость;
- надежность и продолжительный срок службы.
На практике весьма успешно диоды КВ используются на предельно высоких частотах, в условиях, где емкость конденсатора достигает долей пикофарад. Благодаря им удается избежать изменений частоты колебательного контура, что недопустимо для оборудования. Существует несколько видов варикапов. Помимо обычных компонентов, выпускаются сдвоенные, а также строенные аналоги, которые соединены одним катодом. Найти можно и классические сборки. Это корпуса с несколькими варикапами, отличающиеся отсутствием электрической связи.
Варикап.
Область применения
Работа варикапа актуальна при перестройке частоты узлов в электроаппаратуре. Устройства используются в частотозадающих электронных цепях, поскольку позволяют быстро и просто изменять рабочую частоту. Такое возможно, благодаря изменению емкости системы, которая меняется при изменении управляющего напряжения. Варикапы включены в схемы радиоприемников и беспроводных модулей для передачи данных, используются в устройствах, где задействованы частотозависимые цепи.
Преимуществами использования полупроводниковых диодов с емкостью, зависящей от приложенного напряжения, являются:
- возможность увеличения количества одновременно перестраиваемых контуров;
- малые габариты узла настройки;
- снижение паразитных излучений, передаваемых от гетеродинов;
- возможность включения варикапов около контурных катушек;
- удобное сочетание фиксированной и плавной настройки, благодаря подаче ранее установленных управляющих напряжений;
- хорошее сопротивление механическому воздействию;
- согласованность с цепями АПЧ;
- надежность и отсутствие микрофонного эффекта;
- возможность автоматизированного поиска частоты и дистанционного управления.
Принцип работы варикапа
Изменение толщины барьерного обеднённого слоя вблизи p-n-перехода при изменении обратного напряжения, приложенного к структуре
Типичная вольт-фарадная характеристика варикапа
При отсутствии внешнего приложенного к электродам напряжения в p-n-переходе существуют потенциальный барьер и внутреннее электрическое поле, возникновение которого обусловлено контактной разностью потенциалов между полупроводниками p-типа и n-типа. Нормальный режим работы варикапа — с обратным смещением. Если к диоду приложить обратное напряжение (то есть катод должен иметь положительный потенциал относительно анода), 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, то есть слой полупроводника, лишенный носителей заряда и по сути являющийся диэлектриком. При увеличении обратного напряжения толщина обеднённого слоя увеличивается. Это можно представить в виде плоского конденсатора, в котором обкладками служат необеднённые зоны полупроводника и с переменной толщиной слоя диэлектрика.
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 толщиной базы, далее которой толщина обеднённого слоя увеличиваться не может, по достижении этого минимума ёмкости с ростом обратного напряжения ёмкость не изменяется. Другой ограничивающий фактор управляемого снижения ёмкости — электрический лавинный пробой обеднённого слоя.
Так как при изменении обратного напряжения толщина диэлектрика (обеднённого слоя) изменяется в широких пределах, для характеристики изменения ёмкости варикапа от приложенного напряжения применяют динамическую Cd>
или дифференциальную ёмкость — ёмкость для малого изменения напряжения на приборе (малосигнальный параметр). Динамическая емкость определяется как :
Cd (U)=dQ/dU,(U)=dQ/dU,>
где dQ
— приращение электрического заряда конденсатора;dU
— приращение напряжения.
Дифференциальная ёмкость согласно ГОСТ Р 52002-2003 — это динамическая ёмкость для очень медленного изменения напряжения.
Зависимость динамической ёмкости от напряжения называется вольт-фарадной характеристикой и для варикапа приближённо описывается функцией:
Cd (U)=C0 (1+U/U0) n,(U)=><(1+U/U_<0>)^>>,>
где C0>
— динамическая ёмкость прибора при нулевом напряжении;U
— приложенное обратное напряжение;U0>
— некоторая константа, имеющая размерность напряжения и приближённо равная прямому напряжению p-n-перехода, при небольших прямых токах, для кремниевого прибора около 0,55 В;n
— показатель, характеризующий величину градиента концентрации легирующей примеси в p-n-переходе, для переходов с плавным, например, линейным изменением концентрации n≈0,33
, для резких переходов n≈0,5
, для переходов со ступенчатым легированием n
может достигать 2 .
Рисшифровка сокращений для таблицы
- Cном. — номинальная емкость варикапа при заданном обратном напряжении;
- Uобр. — обратное напряжение на варикапе;
- DC — диапазон отклонения номинальной емкости варикапа;
- Кс. — коэффициент перекрытия по емкости варикапа при изменении напряжения от U1 до U2;
- Qв. — добротность варикапа на частоте f;
- Uобр.мах. — максимально-допустимое обратное напряжение варикапа;
- Iобр. — постоянный обратный ток варикапа;
- Тк.макс. — максимально-допустимая температура корпуса варикапа;
- Тп.макс. — максимально-допустимая температура перехода варикапа.
Электрические характеристики отечественных варикапов
| Варикап | С0бр, пФ/В | Кс,В | при U1/U2 | Q (U/F) (В/МГц) [пФ/МГц] | I обр, мкА/В | U обр мах, В |
| КВ101А | 160-240/0,8 | 1,2- | — | 12 (0,8/10) | ¼ | 4 |
| КВ102А | 14-23/4 | 2,5- | — | 40 (4/50) | 1/45 | 45 |
| КВ102Б | 19-30/4 | 2,5- | — | 40 (4/50) | 1/45 | 45 |
| KB 102В | 25-40/4 | 2,5- | — | 40 (4/50) | 1/45 | 45 |
| КВ102Г | 19-30/4 | 2,5- | — | 100 (4/50) | 1/45 | 45 |
| КВ102Д | 19-30/4 | 3,5- | — | 40 (4/50) | 1/80 | 80 |
| 2В102Е | 25-37/4 | 2,1- | — | 100 (4/50) | 1/45 | 45 |
| 2В102Ж | 19-28/4 | 2,1- | — | 50 (4/50) | 1/80 | 80 |
| КВ103А | 18-32/4 | — | — | 50 (4/50) | 10/80 | 80 |
| КВ103Б | 28-48/4 | — | — | 40 (4/50) | 10/80 | 80 |
| КВ104А | 90-120/4 | 2,5- | — | 100 (4/10) | 5/45 | 45 |
| КВ104Б | Ю6-144/4 | 2,5- | — | 100 (4/10) | 5/45 | 45 |
| KB 104В | 128-192/4 | 2,5- | — | 100 (4/10) | 5/45 | 45 |
| КВ104Г | 95-143/4 | 3,5- | — | 100 (4/10) | 5/80 | 80 |
| КВ104Д | 128-192/4 | 3,5- | — | 100 (4/10) | 5/80 | 80 |
| КВ104Е | 95-143/4 | 2,5- | — | 150 (4/10) | 5/45 | 45 |
| КВ105А | 400-600/4 | 3,8- (4-90) | 0,5/4 | 500 (4/1 ) | 30/90 | 90 |
| КВ105Б | 400-600/4 | 3,0- (4-50) | 0,5/4 | 500 (4/1 ) | 30/50 | 50 |
| КВ106А | 20-50/4 | — | — | 40 (4/50) | 20/120 | 120 |
| КВ106Б | 15-35/4 | — | — | 60 (4/50) | 20/90 | 90 |
| KB 107 А | 10-40/ | 1,5- | — | 20 (/10) | 100/ | 6-16 |
| КВ107Б | 10-40/ | 1,5- | — | 20 (/10) | 100/ | 31 |
| КВ107В | 30-65/ | 1,5- | — | 20 (/10) | 100/ | 6-16 |
| КВ107Г | 30-65/ | 1,5- | — | 20 (/10) | 100/ | 31 |
| КВ109А | 2,3-2,8/25 | 4,0-5,5 (3-25) | — | 300 (3/50) | 0,5/25 | 28 |
| КВ109Б | 2,0-2,3/25 | 4,5-6,5 (3-25) | — | 300 (3/50) | 0,5/25 | 28 |
| КВ109В | 8,0-16/3 | 4,0-6,0 (3-25) | — | 160 (3/50) | 0,5/25 | 28 |
| КВ109Г | 8,0-17/3 | 4,0- (3-25) | — | 160 (3/50) | 0,5/25 | 28 |
| КВ109Е | 2,0-2,3/25 | 4,5-6,0 (3-25) | — | 450 (3/50) | 0,02/25 | 28 |
| КВ109Ж | 1,8-2,8/25 | 4,0-6,0 (3-25) | — | 300 (3/50) | 0,5/25 | 28 |
| 2В110А | 12,0-28,0/4′ | 2,5- | — | 300 (4/50) | 1/45 | 45 |
| 2В110Б | 14,4-21,6/4 | 2,5- | — | 300 (4/50) | 1/45 | 45 |
| 2В110В | 17,6-26,4/4 | 2,5- | — | 300 (4/50) | 1/45 | 45 |
| 2В110Г | 12,0-28,0/4 | 2,5- | — | 150 (4/50) | 1/45 | 45 |
| 2В110Д | 14,4-21,6/4 | 2,5- | — | 150 (4/50) | 1/45 | 45 |
| 2В110Е | 17,6-26,4/4 | 2,5- | — | 150 (4/50) | 1/45 | 45 |
| 2В110Ж | 32,0-30,0/4 | 2,5-3,0 | — | 300 (4/50) | 1/45 | 45 |
| КВС111А | 19,7-36,¾ | 2,1- (4-30) | 0,5/ | 200 (4/50) | 1/30 | 30 |
| КВС111Б | 19,7-36,¾ | 2,1- (4-30) | 0,5/ | 150 (4/50) | 1/30 | 30 |
| KB112A | 9,6-14,4/4 | 1,8- (4-25) | 0,5/4 | 200 (4/50) | 1/25 | 25 |
| КВ112Б | 12,0-18,0/4 | 1,8- (4-25) | 0,5/4 | 200 (4/50) | 1/25 | 25 |
| 2В112Б9 | 12,0-18,0/4 | 1,8- (4-25) | — | 200 (4/50) | 1/25 | 25 |
| KB113A | 54,4-81,6/4 | 4,4- | 0,5/4 | 300 (4/10) | 10/135 | 150 |
| КВ113Б | 54,4-81,6/4 | 4,4- | 0,5/4 | 300 (4/10) | 10/100 | 115 |
| KB114A1 | 54,4-81,6/4 | 4,4- (4-135) | 0,5/4 | 300 (4/10) | 10/135 | 150 |
| KB114A1 | 54,4-81,6/4 | 3,9- (4-100) | 0,5/4 | 300 (4/10) | 10/100 | 115 |
| KB115A | 100-700/0 | — | — | — | о,01/ | 0,1 |
| КВ115Б | 100-700/0 | — | — | — | 0,05/ | 0,1 |
| KB115B | 100-700/0 | — | — | — | 0,01/ | 0,1 |
| KB116A1 | 168-252/1 | 18- (1-10) | 2,0/4 | 100 (1/1) | 1/10 | 10 |
| 2В116Б1 | 168-210/1 | 18- (1-10) | 2,0/4 | 200 (1/1 ) | 1/12 | 12 |
| 2B116B1 | 195-252/1 | 18- (1-10) | 2,0/4 | 200 (1/1 ) | 1/12 | 12 |
| KB117A | 26,4-39,6/3 | 5-7 (3-25) | 0,6/3 | 180 (3/50) | 1/25 | 25 |
| КВ117Б | 26,4-39,6/3 | 4-7 (3-25) | 0,6/3 | 150 (3/50) | 1/25 | 25 |
| 2ВС118А | 54,4-81,6/4 | 3,6-4,4 (4-Uom) | — | 200 [55/10] | 1/100 | 115 |
| 2ВС118Б | 54,4-81,6/4 | 2,7-3,3 (4-Uom) | — | 250 [55/10] | 1/50 | 60 |
| КВ119А | 168-252/1 | 18- (1-10) | 2,0/4 | 100 (1/1) | 1/10 | 12 |
| КВС120А | 230-320/1 | 20- (1-30) | — | 100 (1/1) | 0,5/30 | 32 |
| КВС120Б | 230-320/1 | 20- (1-30) | — | 100 (1/1) | 0,5/30 | 32 |
| КВС120А1 | 230-320/1 | 20- (1-30) | — | 100 (1/1) | 0,5/30 | 32 |
| КВ121А | 4,3-6,0/25 | 7,6- (1,5-25) | — | 200 [27/50] | 0,5/28 | 30 |
| КВ121Б | 4,3-6,0/25 | 7,6- (1,5-25) | 0,8/4 | 150 [27/50] | 0,5/28 | 30 |
| КВ122А | 2,3-2,8/25 | 4,0-5,5 (3-25) | 0,8/3 | 450 [ 9/50] | 0,2/28 | 30 |
| КВ122Б | 2,0-2,3/25 | 4,5-6,5 (3-25) | 0,8/3 | 450 [ 9/50] | 0,2/28 | 30 |
| KB 122В | 1,9-3,1/25 | 4,0-6,0 (3-25) | 0,8/3 | 300 [ 9/50] | 0,2/28 | 30 |
| КВ122А9 | 2,3-2,8/25 | 4,0-5,5 (3-25) | 0,8/3 | 450 [ 9/50] | 0,05/28 | 30 |
| КВ122АГ9 | 2,3-2,8/25 | 4,0-5,5 | — | 450 [ 9/50] | 0,05 | 30 |
| КВ122АТ9 | 2,3-2,8/25 | 4,0-5,5 | — | 450 [ 9/50] | 0,05 | 30 |
| КВ122Б9 | 2,0-2,3/25 | 4,5-6,5 (3-25) | 0,8/3 | 450 [ 9/50] | 0,02/28 | 30 |
| КВ122БГ9 | 2,0-2,3/25 | 4,5-6,5 | — | 450 [ 9/50] | 0,02/28 | 30 |
| КВ122БТ9 | 2,0-2,3/25 | 4,5-6,5 | — | 450 [9/50] | 0,02/28 | 30 |
| КВ122В9 | 1,9-3,1/25 | 4,0-6,0 (3-25) | 0,8/3 | 300 [9/50] | 0,05/28 | 30 |
| КВ122ВГ9 | 1,9-3,1/25 | 4,0-6,0 | — | 300 [9/50] | 0,05 | 30 |
| КВ122ВТ9 | 1,9-3,1/25 | 4,0-6,0 | — | 300 [9/50] | 0,05 | 30 |
| КВ122Г9 | 2,3-2,8/25 | 4,0-5,5 (3-25) | — | 450 [ /50] | 0,05/28 | 30 |
| КВ123А | 2,6-3,8/25 | 6,8- (3-25) | 0,8/3 | 250 [12/50] | 0,05/28 | 28 |
| KB 123 AT | 2,6-3,8/25 | 6,8- | — | 250 [12/50] | 0,05/25 | 28 |
| 2B124A | 24,3-29,7/3 | 4,7-6,7 (3-25) | — | 200 [25/50] | 0,5/25 | 28 |
| 2В124Б | 9,0-11,0/3 | 4 -6,5 (3-25) | — | 250 [25/50] | 0,5/25 | 30 |
| 2B124A9 | 24,3-29,7/3 | 4,7-6,7 (3-25) | 0,5/4 | 200 [25/50] | 0,5/25 | 28 |
| 2B125A | 24-36/1 2,9-4,3/12 | 5,6-12 (1-12) | — | 150 [10/50] | 0,5/12 | 14 |
| KB126A5 | 2,6-3,8/25 | 6,8- (3-25) | 0,8/4 | 200 [12/50] | 0,5/25 | 28 |
| KB127A | 230-280/1 | 20- (1-30) | — | 140 (1/1) | 0,5/30 | 30 |
| КВ127Б | 260-320/1 | 20- (1-30) | — | 140 (1/1) | 0,5/30 | 30 |
| KB127B | 230-260/1 | 20- (1-30) | — | 140 (1/1) | 0,05/32 | 32 |
| КВ127Г | 230-320/1 | 20- (1-30) | — | 100 (1/1) | 0,5/30 | 30 |
| KB128A | 22-28/1 | 1,9- (1-9) | 0,8/4 | 300 [20/50] | 0,05/10 | 12 |
| KB128AK | 22-28/1 | 1,9- (1-9) | — | 300 [20/50] | 0,05/10 | 12 |
| KB129A | 7,2-11/3 | 4-5,5 | 0,8/ | 50 [9/50] | 0,5/8 | 28 |
| КВ130А | 3,7-4,5/28 | 12- (1-28) | — | 300 (/50) | 0,05/ | 28 |
| КВ130А9 | 3,7-4,5/28 | 12-18 (1-28) | 0,8/3 | 300 [12/50] | 0,05/ | 28 |
| КВ130АГ9 | 3,7-4,5/28 | 12-18 (1-28) | — | 300 [12/50] | 0,05/ | 28 |
| КВ130АТ9 | 3,7-4,5/28 | 12-18 (1-28) | — | 300 [12/50] | 0,05/ | 28 |
| КВ131А | 440-530/1 | 18- (1-8,5) | 2,0/1 | 130 (1/1) | 0,05/10 | 14 |
| КВ132А | 26,4-39,6/2 | 3,5-4,4 (2-5) | 2,0/2 | 300 (4/500) | 0,05/5 | 12 |
| КВ132АГ | 26,4-39,6/2 | 3,5- (2-5) | 2,0/2 | 300 (4/50) | 0,05/5 | 12 |
| KB 132 АР | 26,4-39,6/2 | 3,5- (2-5) | — | 300 (4/50) | 0,05/5 | 12 |
| КВ132АТ | 26,4-39,6/2 | 3,5- (2-5 ) | — | 300 (4/50) | 0,05/5 | 12 |
| 2В133А | 120-1S0/4 | 8- (4-27) | — | 100 [120/10] | 1/27 | 32 |
| КВ134А | 18-22/1 | 3- (Ы0) | — | 400 (4/500) | 0,05/10 | 23 |
| КВ134А9 | 18-22/1-6/10 | 3-3,9 (1-10) | — | 400 (4/500) | 0,05/10 | 25 |
| КВ134АТ9 | 18-22/1-6/10 | 3- (1-10) | — | 400 (4/500) | 0,05/10 | 25 |
| КВ135А | 486-594/1-30/10 | 16,2- (1-10) | — | 150 (1/1) | 0,5/10 | 13 |
| КВ136А | 17-19/4 | 2,6-3,1 (2-30) | 0,4/4 | 500 (4/50) | 0,02/25 | 30 |
| КВ136Б | 20-24/4 | 2,6-3,2 (2-30) | 0,4/4 | 500 (4/50) | 0,02/25 | 30 |
| КВ138А | 14-18/2 | 3,5-4,8 (2-5 ) | 0,8/2 | 200 (3/50) | 0,05/5 | 12 |
| КВ138Б | 17-21/2 | 3,5-4,8 (2-5) | 0,8/2 | 200 (3/50) | 0,05/5 | 12 |
| КВ139А | 500-620/1 | 18-25 (1-5) | 0,8/1 | 160 1500/1] | 0,5/12 | 16 |
| КВ139АГ | 500-620/1 | 18-25 (1-5) | — | 160 [500/1] | 0,5/ | 16 |
| КВ139АР | 500-620/1 | 18-25 (1-5) | — | 160 [500/1] | 0,5/ | 16 |
| КВ139АТ | 500-620/1 | 18-25 (1-5) | — | 160 [500/1] | 0,5/ | 16 |
| КВ140А1 | 170-210/1 | 18- (1-10) | 0,8/1 | 200 (1/1) | 0,5/10 | 15 |
| КВ140Б1 | 195-240/1 | 18- (1-10) | 0,8/1 | 200 (1/1) | 0,5/10 | 15 |
| 2В141А6 | 5,4-6,6/8 | 3- (1-8) | 0,8/ | — | 0,2/14 | 16 |
| КБ142А | 230-260/1 | 19-25 (1-30) | 0,4/1 | 300 [200/1] | 0,05/32 | 32 |
| KB 142 AT | 230-260/1 | 19-25 (1-30) | — | 300 [200/1] | 0,05/ | 32 |
| KB 142 АР | 230-260/1 | 19-25 (1-30) | — | 300 [200/1] | 0,05/ | 32 |
| KB142AT | 230-260/1 | 19-25 (1-30) | — | 300 [200/1] | 0,05/ | 32 |
| КВ142Б | 250-320/1 | 19-25 (1-30) | 0,4/1 | 300 [200/1] | 0,05/32 | 32 |
| КВ142БГ | 250-320/1 | 19-25 (1-30) | — | 300 [200/1] | 0,05/ | 32 |
| КВ142БР | 250-320/1 | 19-25 (1-30) | — | 300 [200/1] | 0,05/ | 32 |
| КВ142БТ | 250-320/1 | 19-25 (1-30) | — | 300 [200/1] | 0,05/ | 32 |
| 2B143A | 24,3-29,7/3 | 3,2-4,1 (3-15) | — | 400 (/50) | 0,05/15 | 18 |
| 2В143Б | 24,3-29,7/3 | 3,8-4,8 (3-15) | — | 400 (/50) | 0,05/15 | 18 |
| 2B143B | 24,3-29,7/3 | 4,9-6,5 (3-25) | — | 350 (/50) | 0,05/25 | 28 |
Цветовая маркировка варикапов.
| Варикап | Маркировка |
| КВ101А | Полярность обозначается точкой со стороны анода |
| 2В102 | Полярность обозначается желтой точкой со стороны анода |
| KB 102 | Полярность обозначается белой точкой со стороны анода |
| 2В104 | Полярность обозначается белой точкой со стороны анода |
| КВ104А | Полярность обозначается оранжевой точкой со стороны анода |
| КВ109А | Полярность обозначается белой точкой со стороны анода |
| КВ109Б | Полярность обозначается красной точкой со стороны анода |
| KB 109В | Полярность обозначается зеленой точкой со стороны анода |
| КВС111А | Маркируется белой точкой |
| КВС111Б | Маркируется оранжевой точкой |
| 2В112Б9 | Полярность обозначается белой точкой со стороны анода |
| 2В113А | Полярность обозначается белой точкой со стороны анода |
| 2В113Б | Полярность обозначается оранжевой точкой со стороны анода |
| КВ113А | Полярность обозначается желтой точкой со стороны анода |
| КВ113Б | Полярность обозначается зеленой точкой со стороны анода |
| КВ121А | Тип обозначается синей точкой или полосой, полярность обозначается выпуклой точкой со стороны катода |
| КВ121Б | Тип обозначается желтой точкой или полосой, полярность обозначается выпуклой точкой со стороны катода |
| КВ122А | Маркируется оранжевой точкой, полярность обозначается выпуклой точкой со стороны катода |
| КВ122Б | Маркируется фиолетовой точкой, полярность обозначается выпуклой точкой со стороны катода |
| КВ122В | Маркируется коричневой точкой, полярность обозначается выпуклой точкой со стороны катода |
| KBJ22A9 | Тип и полярность обозначаются оранжевой точкой со стороны анода |
| КВ123А | Маркируется белой полосой со стороны анода, полярность обозначается выпуклой точкой со стороны катода |
| 2В124А | Полярность обозначается выпуклой точкой со стороны катода, тип обозначается зеленой точкой со стороны анода |
| 2В124Б | Тип обозначается зеленой точкой со стороны катода |
| 2В124А9 | Тип обозначается зеленой точкой со стороны анода |
| 2В125А | Полярность обозначается выпуклой точкой со стороны катода, тип обозначается белой точкой со стороны анода |
| КВ127А | Тип обозначается белой краской со стороны катода, полярность обозначается выпуклой точкой со стороны катода |
| КВ127Б | Тип обозначается красной краской со стороны катода, полярность обозначается выпуклой точкой со стороны катода |
| KB 127В | Тип обозначается желтой краской со стороны катода, полярность обозначается выпуклой точкой со стороны катода |
| КВ127Г | Тип обозначается зеленой краской со стороны катода, полярность обозначается выпуклой точкой со стороны катода |
| КВ128А | Тип и полярность обозначаются красной точкой со стороны анода |
| КВ129А | Тип и полярность обозначаются черной точкой со стороны анода |
| КВ130А | Маркируются красной точкой со стороны катода |
| КВ130А9 | Тип и полярность обозначаются оранжевой точкой со стороны анода |
| КВ131А | Тип и полярность обозначаются красной точкой со стороны анода |
| КВ132А | Тип обозначается белой точкой со стороны катода |
| 2В133А | Полярность обозначается выпуклой точкой со стороны катода, тип обозначается красной точкой со стороны катода |
| КВ134А | Тип обозначается белой (желтой) точкой со стороны катода, полярность обозначается выпуклой точкой со стороны катода |
| КВ134А9 | Тип и полярность обозначаются желтой точкой со стороны анода |
| КВ135А | Тип и полярность обозначаются белой точкой со стороны анода |
| КВ138А | Две белые точки |
| КВ138Б | Две красные точки |
| КВ139АР | Черный прямоугольный корпус, зеленая точка(на аноде) |
| KB 142 А | Полярность обозначается выпуклой точкой со стороны катода, тип обозначается белой точкой со стороны анода |
| КВ142Б | Полярность обозначается выпуклой точкой со стороны катода, тип обозначается красной точкой со стороны анода |
| 2В143А | Маркируется белой точкой со стороны катода |
| 2В143Б | Маркируется красной точкой со стороны катода |
| 2В143В | Маркируется желтой точкой со стороны катода |
| KB 146 А | Тип и полярность обозначаются желтым кольцом со стороны катода |
| КВ149А | Тип и полярность обозначаются оранжевым кольцом со стороны катода |
| КВ149Б | Тип и полярность обозначаются двумя оранжевыми кольцами со стороны катода |
| KB 149В | Тип и полярность обозначаются двумя белыми кольцами со стороны катода |
- https://RadioStorage.net/339-chto-takoe-diod-stabilitron-varikap-tiristor-svetodiod-ih-tipy-i-primenenie.html
- https://ElectroInfo.net/poluprovodniki/chto-takoe-varikap.html
- https://www.RadioElementy.ru/articles/oblast-primeneniya-i-printsip-raboty-varikapa/
- https://wiki2.org/ru/%D0%92%D0%B0%D1%80%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D0%BF
- https://RadioStorage.net/4209-varikapy-otechestvennogo-proizvodstva-harakteristiki-spravochnik.html
- http://www.MasterVintik.ru/cvetovaya-markirovka-varikapov/