Diodo Varicap:la guía definitiva para entusiastas de la electrónica

Los circuitos electrónicos generalmente consisten en resistencias, capacitores, transformadores, diodos, transistores, etc. Ahora, presentaremos un tipo de diodo especial. Los diodos Varicap presentan aplicaciones útiles en la industria electrónica, proporcionando capacitancia controlada por voltaje. Además, controlan los niveles de voltaje en un bucle de sincronización de fase.

Estos pueden integrarse en todo tipo de circuitos de sintonización y circuitos de frecuencia RF. ¡Así que echemos un vistazo! Comprender su propósito y el proceso operativo puede parecer confuso. Por lo tanto, elaboramos esta guía para ayudarlo a obtener más conocimiento sobre este tema en particular.

(Imagen que muestra un diodo varicap. Fuente:Wikimedia Commons)

1. ¿Qué es el diodo Varicap?

Un diodo variado (capacitancia variable) es un semiconductor único, también conocido como varactor o diodo de sintonización. Proporciona capacidades de explotación de capacitancia dependientes del voltaje en la unión p-n del dispositivo en polarización inversa.

2. Tipo de diodo Varicap y aplicación

A continuación, discutiremos los diferentes tipos de diodos varicap. También exploramos algunas de las aplicaciones del componente.

Tipos

Hiper abrupto

Los diodos varactor hiperabruptos proporcionan una mayor capacitancia para la variación de voltaje. También funciona con bajo voltaje.

abrupto

El tipo más común, los diodos varactores abruptos, consisten en una concentración de dopaje constante. En este caso, su unión sufre un perfil de dopaje, controlado durante el proceso de fabricación. Además, la capacitancia permanece inversamente proporcional al voltaje que recibe.

Solicitud

Filtros RF:

Los diodos varicap reales también pueden proporcionar capacidades de ajuste de filtro. En consecuencia, esto implica implementar receptores de seguimiento en los circuitos frontales, lo que les permite monitorear las señales entrantes. Luego, el voltaje controlado regula esta funcionalidad a través de un convertidor digital a analógico.

Osciladores controlados por voltaje (VCO):

Varias configuraciones de RF incluyen osciladores controlados por voltaje con el diodo varactor, un componente particularmente crucial. El funcionamiento principal de los osciladores implica, en particular, bucles bloqueados en fase. Por este motivo, estos proporcionan aplicaciones para sintetizadores de frecuencia o demoduladores de FM.

(Los sintetizadores contienen un VCO, que utiliza un diodo varicap)

Los moduladores de frecuencia y fase también utilizan diodos varicap. Los moduladores de frecuencia generalmente los integran a través de la resonancia eléctrica en el generador, lo que permite que el diodo reciba audio. Como resultado, la capacitancia se nivelará con el audio. Esto activa la señal de frecuencia para moverse hacia arriba y hacia abajo, igualando las variaciones de capacitancia en esas circunstancias.

En los moduladores de fase, un diodo varicap se incorpora a la red de cambio de fase, en la que fluye una señal de frecuencia. El diodo recibe audio, lo que hace que la fase se sincronice con las variaciones de audio.

3. Principio de funcionamiento del diodo Varicap

Diagrama del circuito del diodo Varicap:

(Imagen que muestra un diodo varicap en un circuito. Fuente:Wikimedia Commons)

Símbolo de circuito de diodo variable:

Al observar el símbolo esquemático del diodo variable a continuación, verá que contiene características similares a las de un diodo de unión PN. Esto se debe a que el diodo varicap cuenta con un ánodo y un terminal de cátodo. Encontrará el diodo colocado en un extremo del símbolo. Mientras tanto, el extremo opuesto contiene dos líneas paralelas para simbolizar las placas conductoras del capacitor. Finalmente, el espacio entre esas dos placas representa el dieléctrico aislante.

(Símbolo de circuito de diodo variable. Fuente:Wikimedia Commons)

Fórmula:

Tres parámetros afectan la capacitancia del diodo varicap. Incluyen la sección transversal de la unión PN (A), el semiconductor (Ɛ) y el ancho de la región de agotamiento (d). Por ejemplo, encontrará esto representado en la siguiente fórmula:

Principio de funcionamiento:

Tendremos que mirar un condensador para comprender el principio de funcionamiento del diodo varicap. Los capacitores generalmente contienen dos placas de metal conductor con un dieléctrico aislante colocado entre las dos. Las regiones tipo P y tipo N de un diodo varicap sirven como placas conductoras, mientras que la región de agotamiento representa el dieléctrico. Debido a su construcción y diseño similares a los de un capacitor, el diodo produce capacitancia.

(Un diodo varicap contiene características similares a las de un condensador)

La capacitancia aumenta si aumenta la constante dieléctrica o si ambas placas tienen una distancia más corta entre ellas. Sin embargo, una mayor distancia entre los dos o una constante dieléctrica decreciente da como resultado una capacitancia reducida. Al mismo tiempo, la capacitancia de un diodo varactor es proporcional a la región de la sección transversal de la unión. Y es inversamente proporcional al ancho de la región de agotamiento. Por lo tanto, los cambios de capacitancia ocurren debido al ajuste del ancho de la región de agotamiento.

Por lo tanto, un diodo varicap en polarización inversa provocará cambios en la región de agotamiento. Para empezar, la región se ampliará una vez que aumente el sesgo inverso. En efecto, el espacio entre el tipo N y el tipo P crece, lo que reduce la capacitancia. La disminución de la polarización inversa hará que la región de agotamiento se apriete. Como resultado, la distancia entre las regiones de tipo N y tipo P se acortará, aumentando la capacitancia. Por lo tanto, aplicar un voltaje de polarización inversa diferente en el diodo varicap cambia la capacitancia.

(Imagen que demuestra los efectos del aumento y la disminución de la capacitancia. Fuente:Wikimedia Commons)

Funcionamiento básico:

El diodo varicap esencialmente almacena carga eléctrica. En ese caso, estos componentes generalmente funcionan en polarización inversa. La aplicación de voltaje de polarización inversa hará que los electrones de la región n y los agujeros de la región p se separen de la unión del dispositivo.

4. Circuito equivalente de diodo Varicap

Un diodo varicap generalmente contiene varios componentes principales, que pueden ayudar al diseñar un circuito equivalente de diodo.

Los diferentes elementos extraviados incluyen:

• Rs (V):sirve como resistencia en serie para el diodo. Difiere según el voltaje recibido.
• CJ (V):El aspecto utilizado aquí exhibe la capacitancia de unión variable. También sirve como elemento principal del diodo.
• LP:La unión de cables en el diodo varicap hace que aumente la capacitancia en serie.
• CP:Esto representa la capacitancia parásita. La conexión de cables en el diodo hará que la capacitancia parásita aumente alrededor de su unión.

5. El coeficiente de temperatura del capacitor

Puede calcular la temperatura del coeficiente de capacitancia del diodo varicap con la siguiente fórmula:

El valor de ΔC representa los cambios de capacitancia del dispositivo debido a las variaciones de temperatura (T1 - T0) durante la polarización inversa. Por ejemplo, veremos un valor donde C₀ equivale a 29 pF con un VR de 3V y T₀ en 25. Luego, calculamos los cambios de capacitancia del diodo varicap. Con el valor VR, el TC_C variará. Como resultado, la frecuencia máxima se establece en 600 MHz. A continuación, puede calcular la reactancia del diodo varicap con la fórmula:

Conclusión

Como ya sabemos, los diodos varicap sirven como un componente útil en los circuitos electrónicos y de RF. Además, este dispositivo contiene características similares a las de un capacitor, lo que demuestra cómo aumenta o disminuye la capacitancia a través de una variación del voltaje de polarización inversa. También echamos un vistazo a algunas de sus aplicaciones, incluidos los filtros de RF, los VCO y los moduladores de frecuencia y fase. En general, hoy en día existen dos tipos de diodos varactores, abruptos e hiperabruptos. Cada uno cumple su propósito único de capacitancia.

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