వరాక్టర్ (వరికాప్) డయోడ్లు ఎలా పనిచేస్తాయి

వరిక్యాప్, వివిసి (వోల్టేజ్-వేరియబుల్ కెపాసిటెన్స్, లేదా ట్యూనింగ్ డయోడ్ అని కూడా పిలువబడే ఒక వరాక్టర్ డయోడ్, ఇది ఒక రకమైన సెమీకండక్టర్ డయోడ్, ఇది పరికరం పక్షపాతంగా మారినప్పుడు దాని పి-ఎన్ జంక్షన్‌లో వేరియబుల్ వోల్టేజ్-ఆధారిత కెపాసిటెన్స్‌ను కలిగి ఉంటుంది.

రివర్స్ బయాస్ అంటే డయోడ్ వ్యతిరేక వోల్టేజ్‌కు లోనైనప్పుడు, అంటే కాథోడ్ వద్ద సానుకూల వోల్టేజ్ మరియు యానోడ్ వద్ద ప్రతికూలంగా ఉంటుంది.

వరాక్టర్ డయోడ్ పనిచేసే విధానం డయోడ్ యొక్క పి-ఎన్ జంక్షన్ మీద ఉన్న కెపాసిటెన్స్‌పై ఆధారపడి ఉంటుంది, అయితే ఇది రివర్స్డ్ బయాస్డ్ మోడ్‌లో ఉంటుంది.

ఈ స్థితిలో, జంక్షన్ యొక్క p-n వైపులా వెలికితీసిన ఛార్జీల ప్రాంతం కనుగొనబడింది, ఇది కలిసి జంక్షన్ అంతటా క్షీణత ప్రాంతానికి దారితీస్తుంది.

ఈ క్షీణత ప్రాంతం క్షీణత వెడల్పు పరికరంలో, Wd గా సూచిస్తారు.

పైన వివరించిన వివిక్త అన్కవర్డ్ ఛార్జీల కారణంగా కెపాసిటెన్స్‌లో పరివర్తనం, p-n జంక్షన్ అంతటా సూత్రాన్ని ఉపయోగించి నిర్ణయించవచ్చు:

CT = e. A / Wd

ఎక్కడ ఇ సెమీకండక్టర్ పదార్థాల యొక్క అనుమతి, TO ఉంది p-n జంక్షన్ ప్రాంతం, మరియు W. d క్షీణత వెడల్పు.

అది ఎలా పని చేస్తుంది

వరికాప్ లేదా వరాక్టర్ డయోడ్ యొక్క ప్రాథమిక పనిని ఈ క్రింది వివరణతో అర్థం చేసుకోవచ్చు:

పెరుగుతున్న రివర్స్ బయాస్ సంభావ్యతతో వరాక్టర్ లేదా వరికాప్ డయోడ్ వర్తించినప్పుడు, పరికరం యొక్క క్షీణత వెడల్పు పెరుగుతుంది, దీని ఫలితంగా దాని పరివర్తన కెపాసిటెన్స్ తగ్గుతుంది.

కింది చిత్రం వరాక్టర్ డయోడ్ యొక్క విలక్షణ లక్షణాల ప్రతిస్పందనను చూపుతుంది.

పెరుగుదల రివర్స్ బయాస్ సంభావ్యతకు ప్రతిస్పందనగా CT లో బాగా ప్రారంభ డ్రాప్ చూడవచ్చు. సాధారణంగా, వేరియబుల్ వోల్టేజ్ కెపాసిటెన్స్ డయోడ్ కోసం అనువర్తిత రివర్స్ బయాస్ వోల్టేజ్ VR యొక్క పరిధి 20 V కి పరిమితం చేయబడింది.

అనువర్తిత రివర్స్ బయాస్ వోల్టేజ్‌కు సంబంధించి, పరివర్తన కెపాసిటెన్స్ సూత్రాన్ని ఉపయోగించి అంచనా వేయవచ్చు:

CT = K / (VT + VR) ⁿ

ఈ సూత్రంలో, K అనేది సెమీకండక్టర్ పదార్థం యొక్క రకాన్ని మరియు దాని నిర్మాణ నమూనాను బట్టి నిర్ణయించబడుతుంది.

VT అనేది మోకాలి సంభావ్యత , క్రింద వివరించిన విధంగా:

VR అంటే పరికరంలో వర్తించే రివర్స్ బయాస్ సంభావ్యత.

n మిశ్రమం జంక్షన్ ఉపయోగించి వరికాప్ డయోడ్ల కోసం 1/2 విలువను మరియు విస్తరించిన జంక్షన్లను ఉపయోగించి డయోడ్లకు 1/3 విలువను కలిగి ఉంటుంది.

బయాసింగ్ వోల్టేజ్ లేనప్పుడు లేదా సున్నా వోల్టేజ్ బయాసింగ్ వద్ద, VR యొక్క విధిగా కెపాసిటెన్స్ సి (0) కింది సూత్రం ద్వారా వ్యక్తీకరించబడుతుంది.

CT (VR) = C (0) / (1 + | VR / VT |) ⁿ

వరికాప్ ఈక్వివలెంట్ సర్క్యూట్

వరికాప్ డయోడ్ యొక్క ప్రామాణిక చిహ్నాలు (బి) మరియు సమానమైన సుమారు సర్క్యూట్ (ఎ) క్రింది చిత్రంలో సూచించబడతాయి:

కుడి వైపు ఫిగర్ వరికాప్ డయోడ్ కోసం సుమారుగా అనుకరణ సర్క్యూట్‌ను అందిస్తుంది.

డయోడ్ కావడం మరియు రివర్స్ బయాస్డ్ రీజియన్‌లో, సమానమైన సర్క్యూట్ RR లో నిరోధకత గణనీయంగా పెద్దదిగా చూపబడుతుంది (1M ఓం చుట్టూ), రేఖాగణిత నిరోధక విలువ రూ. ఉపయోగించిన వరికాప్ రకాన్ని బట్టి CT విలువ 2 మరియు 100 pF మధ్య మారవచ్చు.

విలువ RR తగినంతగా ఉందని నిర్ధారించుకోవడానికి, లీకేజ్ కరెంట్ కనిష్టంగా ఉంటుంది, సిలికాన్ పదార్థం సాధారణంగా వరికాప్ డయోడ్ కోసం ఎంపిక చేయబడుతుంది.

వరికాప్ డయోడ్ ప్రత్యేకంగా అధిక పౌన frequency పున్య అనువర్తనాలలో ఉపయోగించబడుతుందని భావించినందున, నానోహెన్రీలలో, చిన్నదిగా కనిపించినప్పటికీ ఇండక్టెన్స్ LS ను విస్మరించలేము.

ఈ చిన్నగా కనిపించే ఇండక్టెన్స్ యొక్క ప్రభావం చాలా ముఖ్యమైనది మరియు ఈ క్రింది వాటి ద్వారా నిరూపించబడుతుంది ప్రతిచర్య గణన .

XL = 2πfL, 10 GHz వద్ద ఉండే పౌన frequency పున్యం, మరియు LS = 1 nH, XLS = 2πfL = (6.28) (10¹⁰Hz) (10^-9ఎఫ్) = 62.8 ఓంలు. ఇది చాలా పెద్దదిగా కనిపిస్తుంది మరియు వరికాప్ డయోడ్లు కఠినమైన పౌన frequency పున్య పరిమితితో ఎందుకు పేర్కొనబడ్డాయి.

ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధి సముచితమని మరియు ఇతర సిరీస్ మూలకాలతో పోలిస్తే RS, XLS విలువలు తక్కువగా ఉన్నాయని అనుకుంటే, పైన సూచించిన సమానమైన సర్క్యూట్‌ను వేరియబుల్ కెపాసిటర్‌తో భర్తీ చేయవచ్చు.

వరికాప్ లేదా వరాక్టర్ డయోడ్ యొక్క డేటాషీట్ అర్థం చేసుకోవడం

సాధారణ వరికప్ డయోడ్ యొక్క పూర్తి డేటాషీట్ కింది బొమ్మ నుండి అధ్యయనం చేయవచ్చు:

పై చిత్రంలో C3 / C25 యొక్క నిష్పత్తి, 3 నుండి 25 V మధ్య రివర్స్ బయాస్ సంభావ్యతతో డయోడ్ వర్తించినప్పుడు కెపాసిటెన్స్ స్థాయి యొక్క నిష్పత్తిని ప్రదర్శిస్తుంది. ఈ నిష్పత్తి మార్పు యొక్క స్థాయికి సంబంధించి శీఘ్ర సూచన పొందడానికి సహాయపడుతుంది అనువర్తిత రివర్స్ బయాస్ సంభావ్యతకు సంబంధించి కెపాసిటెన్స్.

ది మెరిట్ యొక్క సంఖ్య Q ఒక అనువర్తనం కోసం పరికరాన్ని అమలు చేయడానికి పరిగణించవలసిన పరిధిని అందిస్తుంది, మరియు ఇది ఒక చక్రానికి కెపాసిటివ్ పరికరం నిల్వ చేసిన శక్తి నిష్పత్తి యొక్క రేటు, ఇది ప్రతి చక్రానికి కోల్పోయిన లేదా వెదజల్లుతున్న శక్తికి.

శక్తి కోల్పోవడం ఎక్కువగా ప్రతికూల లక్షణంగా పరిగణించబడుతుంది కాబట్టి, నిష్పత్తి యొక్క సాపేక్ష విలువ ఎక్కువ, మంచిది.

డేటాషీట్‌లోని మరో అంశం వరికాప్ డయోడ్ యొక్క ప్రతిధ్వనించే పౌన frequency పున్యం. మరియు ఇది సూత్రం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది:

fo = 1 / 2π√LC

ఈ కారకం వరికాప్ డయోడ్ యొక్క అనువర్తన పరిధిని నిర్ణయిస్తుంది.

కెపాసిటెన్స్ ఉష్ణోగ్రత గుణకం

పై గ్రాఫ్ గురించి ప్రస్తావిస్తూ, ది కెపాసిటెన్స్ ఉష్ణోగ్రత గుణకం వరికాప్ డయోడ్ యొక్క క్రింది సూత్రాన్ని ఉపయోగించి మూల్యాంకనం చేయవచ్చు:

రివర్స్ బయాస్ సంభావ్యత కోసం (T1 - T0) ప్రాతినిధ్యం వహిస్తున్న ఉష్ణోగ్రతలో మార్పు కారణంగా ΔC పరికరం యొక్క కెపాసిటెన్స్‌లో వైవిధ్యాలను సూచిస్తుంది.

ఉదాహరణకు పై డేటాషీట్లో, ఇది VR = 3 V మరియు T0 = 25 డిగ్రీల సెల్సియస్‌తో C0 = 29 pF ని చూపిస్తుంది.

పై డేటాను ఉపయోగించి, వరికప్ డయోడ్ యొక్క కెపాసిటెన్స్‌లో మార్పును మనం అంచనా వేయవచ్చు, గ్రాఫ్ (0.013) నుండి కొత్త ఉష్ణోగ్రత T1 విలువ మరియు TCC ని ప్రత్యామ్నాయం చేయడం ద్వారా. కొత్త వీఆర్‌ను కలిగి ఉంటే, టిసిసి విలువ తదనుగుణంగా మారుతుందని ఆశించవచ్చు. డేటాషీట్‌ను తిరిగి ప్రస్తావిస్తూ, సాధించిన గరిష్ట పౌన frequency పున్యం 600 MHz అని మేము కనుగొన్నాము.

ఈ ఫ్రీక్వెన్సీ విలువను ఉపయోగించి, వరికాప్ యొక్క రియాక్టన్స్ XL ను ఇలా లెక్కించవచ్చు:

XL = 2πfL = (6.28) (600 x 10¹⁰Hz) (2.5 x 10^-9ఎఫ్) = 9.42 ఓంలు

ఫలితం సాపేక్షంగా చిన్నది మరియు దానిని విస్మరించడం ఆమోదయోగ్యమైనది.

వరికాప్ డయోడ్ యొక్క అప్లికేషన్

తక్కువ కెపాసిటెన్స్ స్పెక్స్ ద్వారా నిర్ణయించబడిన వరాక్టర్ లేదా వరికాప్ డయోడ్ యొక్క అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ అప్లికేషన్ ప్రాంతాలలో కొన్ని సర్దుబాటు చేయగల బ్యాండ్‌పాస్ ఫిల్టర్లు, ఆటోమేటిక్-ఫ్రీక్వెన్సీ-కంట్రోల్ పరికరాలు, పారామెట్రిక్ యాంప్లిఫైయర్లు మరియు ఎఫ్ఎమ్ మాడ్యులేటర్లు.

దిగువ ఉదాహరణ ట్యూనింగ్ సర్క్యూట్లో అమలు చేయబడిన వరికాప్ డయోడ్ను చూపిస్తుంది.

సర్క్యూట్లో L-C ట్యాంక్ సర్క్యూట్ల కలయిక ఉంటుంది, దీని ప్రతిధ్వని ఫ్రీక్వెన్సీ దీని ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది:

fp = 1 / 2π√LC'T (అధిక-క్యూ వ్యవస్థ) C'T స్థాయి = CT + Cc కలిగి ఉంటుంది, ఇది అనువర్తిత రివర్స్-బయాస్ సంభావ్య VDD చే స్థాపించబడింది.

కలపడం కెపాసిటర్ సిసి అనువర్తిత బయాసింగ్ వోల్టేజ్ యొక్క ఎల్ 2 యొక్క షార్టింగ్ ధోరణికి వ్యతిరేకంగా అవసరమైన రక్షణను నిర్ధారిస్తుంది.

ట్యూన్డ్ సర్క్యూట్ యొక్క ఉద్దేశించిన పౌన encies పున్యాలు తరువాత మరింత విస్తరణ కోసం అధిక-ఇన్పుట్ ఇంపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్కు తరలించడానికి అనుమతించబడతాయి.