Параметры варикапов

Эквивалентная схема варикапа показана на рис. 4.1, где обозначено:

C – нелинейная емкость перехода;

R – сопротивление, шунтирующее переход. У германиевых приборов это сопротивление достигает 1...10 МОм, а у кремниевых – более 10 МОм. Величина этого сопротивления резко уменьшается при повышении температуры;

r – последовательное сопротивление, состоящее из сопротивлений толщи проводника, контактных соединений и выводов диода;

L_в – индуктивность выводов (в основном индуктивность токоподводящих проводников);

C_к – емкость корпуса (обычно С_к < < С).

Рис. 4.1. Эквивалентная схема варикапа

Барьерная емкость перехода равна ,

где – напряжение смещения (положительное для случая обратных смещений на переходе);

– емкость при =0;

– контактная разность потенциалов, равная 0, 11...0, 4В для германиевых диодов и 0, 7...0, 8 В для кремниевых;

– показатель степени, зависящий от типа варикапа. Для варикапов с плавным переходом =0, 3; с резким = 0, 5; со сверхрезким .

Коэффициент перекрытия барьерной емкости варикапа

,

где – максимальное напряжение смещения; его величина не должна превышать пробивного напряжения;

– минимальное напряжение смещения; его величина определяется допустимым снижением добротности перехода, а также допустимыми значениями ТКЕ емкости перехода и амплитуды высокочастотного напряжения на переходе.

Упрощенные эквивалентные схемы варикапа показаны на рис. 4.2, а, б,

где ; .

Схему, показанную на рис. 4.2, а, удобно использовать в области низких частот, где добротность варикапа увеличивается прямо пропорционально частоте. В этой области частот значения элементов C_э и R_э не зависят от частоты и совпадают со значениями элементов C и R эквивалентной схемы (рис. 4.1).

Схему, изображенную на рис. 4.2, б, удобно использовать в области высоких частот, где добротность варикапа обратно пропорциональна частоте. В этой области частот значения элементов C и r не зависят от частоты и совпадают со значениями элементов C и r эквивалентной схемы (рис. 4.1).

а б

Рис. 4.2. Упрощенные эквивалентные схемы варикапа:

а – параллельная; б – последовательная

· Добротность варикапа:

на низких частотах ;

на высоких частотах .

На средней частоте рабочего диапазона добротность варикапа достигает максимального значения .

Температурный коэффициент емкости C_э кремниевых приборов при комнатной температуре (300 К) равен

,

где ТКЕ_б – температурный коэффициент барьерной емкости.

Зависимость температурного коэффициента барьерной емкости от напряжения смещения для кремниевых приборов с резким переходом при температуре 300 К приведена на рис. 4.3.

В типичном случае высокой добротности варикапа влиянием второго слагаемого в формуле для ТКЕ_э можно пренебречь и считать .

Рис. 4.3. Зависимость температурного коэффициента барьерной емкости от напряжения смещения

 

Сведения о некоторых конкретных типах варикапов и варикапных сборок большой емкости (С≥ 200 пФ) при Т=25º С можно найти в прил. 4, где обозначено:

С – номинальная емкость варикапа при заданном значении обратного напряжения ;

- добротность варикапа при заданном значении обратного напряжения или емкости С;

- коэффициент перекрытия по емкости при заданных значениях обратного напряжения и ;

- обратный ток варикапа при заданном обратном напряжении ;

- максимальное допустимое обратное напряжение, при котором не происходит пробоя p-n-перехода. Обычно ≤ 0, 8 , где - значение обратного напряжения, вызывающее пробой перехода диода.

При использовании в качестве варикапов стабилитронов или выпрямительных диодов, имеющих низкую добротность, величина ТКЕ_э существенно зависит от добротности, что затрудняет использование этих приборов в широкодиапазонных генераторах. В узком же диапазоне частот такая зависимость может быть использована как явление полезное – она позволяет осуществить термокомпенсацию.

 

Максимальная амплитуда напряжения на варикапе:

· из условия однозначности резонансной кривой контура с варикапом

;

· из условия электрической прочности

,

где – добротность нагруженного контура с варикапом;

– напряжение смещения на варикапе;

U_{обр max} – максимально допустимое обратное напряжение на варикапе.