Kapacitní dioda – varikap

Kapacitní dioda - varikap - je v podstatě dioda s přechodem PN na kterém se vlivem difúze volných děr a elektronů vytvoří difúzní napěti Uk. Vznikem napěti Uk se zastaví další difúze, neboť toto napěti odpuzuje elektrostaticky další volné elektrony od přechodu. Tak se vytvoří přechodová vrstva bez volných elektronů, tedy s izolačními vlastnostmi a permitivitou (epsilon) danou použitým polovodičem. Připojí-li se nyní na přechod vnější napětí U záporným pólem na oblast P a kladným na oblast N (tedy v závěrném směru), zvětší se přechodová izolační vrstva, neboť vzrostou elektrostatické odpudivé síly pro elektrony. Změnou velikosti vnějšího napětí lze tedy ovlivňovat tloušťku izolační vrstvy.

Přechod PN je vlastně kondenzátorem, jehož kapacita závisí na velikosti přivedeného napětí (velikostí stejnosměrného napětí je ovlivněna tloušťka dielektrika, a tak i kapacita). Zvýšením vnějšího napětí kapacita klesá (tloušťka dielektrika se zvětšuje), snížením napětí kapacita stoupá (tloušťka dielektrika se zmenšuje).

Horní velikost stejnosměrného napětí je dána maximálním dovoleným napětím na přechodu, stanoveným výrobcem. A protože závěrný proud kapacitní diody je velmi nepatrný, blízký nule, ovládáme kapacitu pouze napětím.

základní zapojení varikapu v laděném obvoduNa obrázku je nakresleno základní zapojení varikapu v laděném obvodu. Rezonanční kmitočet obvodu je určen indukčností cívky L, kapacitou paralelního kondenzátoru Cp a kapacitou varikapu Cd. Řídicí napětí (regulační +Ureg) se přivádí na diodu přes oddělovací odpor Rp. S kapacitní diodou je v sérii zapojen kondenzátor Cs (o kapacitě řádu set až tisíců pikofaradů), který pro vf kmity uzavírá obvod a tak uzemňuje příslušnou elektrodu varikapu, naproti tomu představuje pro anodu diody z hlediska stejnosměrného napájení oddělovací člen.

Kmitočtový rozsah tohoto obvodu, laděného kapacitní diodou, závisí především na jejím kapacitním zdvihu (daném její minimální a maximální vlastní kapacitou Cd), dále na hodnotě paralelní a sériové kapacity Cp a Cs. Paralelní kapacitu představuje vlastní kapacita vinutí cívky a kapacita spojů. Pokud jde o oddělovací odpor, je třeba uvážit, že z vf hlediska leží paralelně ke kondenzátoru Ce, a tak se transformuje jako paralelní ztrátový odpor do obvodu. Aby se jeho účinkem neovlivnila šířka pásma a nevznikla nežádoucí kmitočtová závislost, je třeba jeho vliv co nejvíce potlačit. Toho se dosáhne volbou kondenzátoru Ca o značně velké kapacitě (desítky až stovky nF).

Rezonanční obvod s kapacitní diodou může být v rámci požadavků doladěn na okraj požadovaného vlnového pásma změnou indukčnosti L nebo kapacity paralelního dolaďovacího kondenzátoru – kondenzátorového trimru, a tedy nikoli jen kapacitní diodou. To je důležité pro dosažení souběhu u více obvodů s varikapy laděných řídicím napětím odebíraným z jednoho zdroje.

Je-li varikap připojen do určitého bodu, kde se současně s řídicím napětím nachází i vf napětí (např. na kolektor oscilátoru), je třeba zajistit, aby amplituda tohoto vf napětí byla menší než minimální řídicí napětí diody. Jinak by totiž nastal. vlivem její nelineární charakteristiky posuv pracovního bodu, a tím i porušení souběhu. Maximální vf napěti smí být rovno pouze polovině minimálního řídicího napětí diody, tedy Uvf je 0,5 Ul min.

protitaktní zapojení varikapůPro zmenšeni intermodulačního zkreslení se používá dvojice proti sobě obrácených – párovaných - varikapů, (mohou být umístěny i v jednom pouzdře). Druhý protitaktní varikap zaujímá pak v základním zapojení místo oddělovacího kondenzátoru Cs. Kmitavý obvod laděný dvěma varikapy lze budit mnohem větším vf signálem (při nízkém ladicím napětí), aniž by se znatelně zkreslila rezonanční křivka. Další výhodnou vlastností dvojice varikapů je, že při jejím použití např. pro plynulé řízení šířky pásma, je zachována souměrnost rezonanční křivky vzhledem k střednímu (mf) kmitočtu. Protitaktním zapojením se vyrovnávají zakřiveni charakteristik diod, a tvarové zkreslení (potlačením sudých harmonických); tím se zabraňuje vzniku rušivých směšovacích produktů.

Varikapy jsou moderní součástky, závady se vyskytují zřídka.

 

ZPĚT NA RÁDIA

MĚŘ.SOUČ.-VARIKAPY