Просмотр кода страницы Варикап

{{не путать|Переменный конденсатор|переменным конденсатором}}
{{seealso|Вариконд}}
[[Файл:Varicap symbol ru.svg|мини|Обозначение варикапа на принципиальных электрических схемах]]
[[Файл:Diode-varicap.JPG|мини|Варикапы]]
[[Файл:Doppel-Varicap-Diode.png|мини|Двойной варикап]]
'''Варика́п''' ([[акроним]] от {{lang-en|vari(able)}} — «переменный», и {{lang-en2|cap(acitance)}} — «[электрическая] ёмкость») — электронный прибор, [[полупроводниковый диод]], работа которого основана на зависимости барьерной [[Электрическая ёмкость|ёмкости]] [[p-n-переход]]а от обратного [[Электрическое напряжение|напряжения]].

Варикапы с большой рассеиваемой мощностью, предназначенные для умножения частоты в радиопередатчиках, принято называть '''[[варактор]]ами'''.

Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью в схемах перестройки частоты [[Колебательный контур|колебательного контура]] в частотно-избирательных цепях, деления и умножения частоты, [[Частотная модуляция|частотной модуляции]], управляемых [[Фазовращатель|фазовращателей]] и др.

== Принцип работы варикапа ==
[[Файл:Varactor function-ru.svg|мини|Изменение толщины барьерного обеднённого слоя вблизи p-n-перехода при изменении обратного напряжения, приложенного к структуре]]
[[Файл:VFH varikap.svg|мини|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 [[контактная разность потенциалов|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 [[анод]]а), то высота этого потенциального барьера увеличится. Внешнее обратное напряжение отталкивает [[электрон]]ы 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 [[Электрический конденсатор|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 <math>C_d</math> или дифференциальную ёмкость — ёмкость для малого изменения напряжения на приборе (малосигнальный параметр). Динамическая емкость определяется как<ref>{{Cite web |url=http://docs.cntd.ru/document/1200031279 |title=ГОСТ Р 52002-2003 Электротехника. Термины и определения основных понятий |access-date=2018-03-30 |archive-date=2018-03-16 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180316182908/http://docs.cntd.ru/document/1200031279 |deadlink=no }}</ref>:

: <math>C_d(U) = dQ/dU,</math>

: где <math>dQ</math> — приращение электрического заряда конденсатора;
: <math>dU</math> — приращение напряжения.

Дифференциальная ёмкость согласно ГОСТ Р 52002-2003 — это динамическая ёмкость для очень медленного изменения напряжения.

Зависимость динамической ёмкости от напряжения называется [[Вольт-фарадная характеристика|вольт-фарадной характеристикой]] и для варикапа приближённо описывается функцией:

: <math>C_d(U) = \frac {C_0} {(1 + U/U_0)^n},</math>

: где <math>C_0</math> — динамическая ёмкость прибора при нулевом напряжении;
: <math>U</math> — приложенное обратное напряжение;
: <math>U_0</math> — некоторая константа, имеющая размерность напряжения и приближённо равная прямому напряжению p-n-перехода, при небольших прямых токах, для кремниевого прибора около 0,55 В;
: <math>n</math> — показатель, характеризующий величину градиента концентрации легирующей примеси в p-n-переходе, для переходов с плавным, например, линейным изменением концентрации <math>n \approx  0,33</math>, для резких переходов <math>n \approx 0,5</math>, для переходов со ступенчатым легированием <math>n</math> может достигать 2<ref>{{Cite web |url=http://mysite.du.edu/~etuttle/electron/elect40.htm |title=Varactors |access-date=2018-03-30 |archive-date=2017-10-09 |archive-url=https://web.archive.org/web/20171009032851/http://mysite.du.edu/~etuttle/electron/elect40.htm |deadlink=no }}</ref>.

== Конструкция ==
[[Файл:Varactor-ru.svg|мини|Внутренняя структура варикапа]]
Обычно варикапы изготавливаются по планарно-эпитаксиальной технологии, позволяющей оптимизировать электрические параметры прибора. На пластине сильнолегированного низкоомного полупроводника (обычно с n-типом проводимости, обозначается n<sup>+</sup>) выращивается высокоомная плёнка низколегированного полупроводника n-типа. C помощью диффузии акцепторной примеси на поверхности эпитаксиального слоя формируется низкоомный анодный слой p-типа.

Боковая поверхность структуры для защиты выходящего на поверхность p-n-перехода и увеличения обратного пробойного напряжения покрывается легкоплавким стеклом.

== Основные электрические и эксплуатационные параметры ==
* Общая ёмкость — ёмкость, измеренная между выводами варикапа при заданном обратном напряжении.
* Коэффициент перекрытия по ёмкости — отношение ёмкостей при двух заданных значениях обратного напряжения на варикапе.
* [[Добротность]] — отношение [[Реактивное сопротивление|реактивного сопротивления]] варикапа на заданной частоте к сопротивлению потерь при заданном значении ёмкости или обратного напряжения.
* Постоянный обратный ток — [[постоянный ток]], ток утечки, протекающий через варикап при заданном обратном напряжении.
* Максимально допустимое постоянное обратное напряжение.
* Максимально допустимая рассеиваемая [[Электрическая мощность|мощность]].
* Температурные коэффициенты ёмкости и добротности — отношение относительного изменения ёмкости (добротности) варикапа к вызвавшему его абсолютному изменению температуры. В общем случае сами эти коэффициенты зависят от значения обратного напряжения, приложенного к варикапу.
* 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.

== Модели варикапов ==
Промышленностью выпускаются варикапы как в виде дискретных компонентов (например, варикапы производства СССР и России, КВ105, КВ109, КВ110, КВ114, BB148, BB149), так и в виде варикапных сборок (например, КВС111).

== Применение ==
[[Файл:APCh2.svg|thumb|Пример схемы автоматической подстройки частоты [[гетеродин]]а [[радиоприёмник]]а с использованием варикапа. У — усилительные каскады, Д — частотный дискриминатор.]]
Варикапы применяются для перестройки частоты [[Генератор, управляемый напряжением|генераторов, управляемых напряжением]] в [[Синтезатор частот|синтезаторах частоты]] и [[Генератор качающейся частоты|генераторах качающейся частоты]], настройки частотноизбирательных цепей с управлением напряжением, в системах [[Автоматическая подстройка частоты|автоматической подстройки частоты]] различных радиоприёмных устройств, в [[Параметрический усилитель|параметрических усилителях]], для умножения частоты в [[Умножитель частоты|умножителях частоты]], управляемых напряжением [[Фазовращатель|фазовращателях]] и других.

== См. также ==
* [[Варактор]]
* [[Вариконд]]

== Примечания ==
{{примечания}}
 
== Литература ==
* {{книга|автор=Пасынков В. В., Чиркин Л. К.|заглавие=Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов|ссылка=|издание=4-е перераб. и доп. изд|место= М.|издательство=Высшая школа|год=1987|страницы=184—188|страниц= 479|тираж=50000}}
{{Навигация}}
* {{книга|заглавие=Диоды и тиристоры|автор=Чернышев А. А., Иванов В. И., Галахов В. Д. и др. |ответственный=Под общ. ред. А. А. Чернышева|издание=2-е изд., перераб. и доп|место=М.|издательство=Энергия|год=1980|страниц=176|серия=Массовая радиобиблиотека. Выпуск 1005|тираж=190000}}

== Ссылки ==
* {{Из БСЭ|заглавие=Варикап}}

{{Полупроводниковые диоды}}

{{rq|sources|refless}}

[[Категория:Полупроводниковые диоды]]