Varicap Diode:o guia definitivo para entusiastas da eletrônica

Os circuitos eletrônicos normalmente consistem em resistores, capacitores, transformadores, diodos, transistores, etc. Agora, apresentaremos um tipo especial de diodo. Os diodos Varicap apresentam aplicações úteis na indústria eletrônica, fornecendo capacitância controlada por tensão. Além disso, eles controlam os níveis de tensão em um loop de bloqueio de fase.

Estes podem ser integrados em todos os tipos de circuitos de sintonia e circuitos de RF de frequência. Então vamos dar uma olhada! Entender seu propósito e o processo operacional pode parecer confuso. Portanto, montamos este guia para ajudá-lo a obter mais conhecimento sobre esse assunto específico.

(Imagem mostrando um diodo varicap. Fonte:Wikimedia Commons)

1. O que é diodo Varicap?

Um diodo variado (capacitância variável) é um semicondutor exclusivo, também conhecido como varactor ou diodo de sintonia. Ele fornece recursos de exploração de capacitância dependentes de tensão na junção p-n do dispositivo em polarização reversa.

2. Tipo e aplicação do diodo Varicap

Abaixo, discutiremos os diferentes tipos de diodo varicap. Também exploramos algumas das aplicações do componente.

Tipos

Hiper abrupto

Diodos varactor hiperabruptos fornecem maior capacitância para a variação de tensão. Também opera com baixa tensão.

Abrupto

O tipo mais comum, diodos varactor abruptos, consiste em uma concentração de doping constante. Neste caso, sua junção sofre um perfil de dopagem, controlado durante o processo de fabricação. Além disso, a capacitância permanece inversamente proporcional à tensão que recebe.

Aplicativo

Filtros de RF:

Diodos varicap reais também podem fornecer recursos de ajuste de filtro. Isso envolve a implementação de receptores de rastreamento em circuitos front-end, permitindo que eles monitorem os sinais de entrada. Em seguida, a tensão controlada regula essa funcionalidade por meio de um conversor digital para analógico.

Osciladores controlados por tensão (VCO):

Várias configurações de RF incluem osciladores controlados por tensão com o diodo varactor, um componente particularmente crucial. A operação primária dos osciladores envolve notavelmente loops bloqueados em fases. Por esta razão, eles fornecem aplicações para sintetizadores de frequência ou demoduladores FM.

(Sintetizadores contêm um VCO, que utiliza um diodo varicap)

Os moduladores de frequência e fase também utilizam diodos varicap. Os moduladores de frequência geralmente os integram através da ressonância elétrica no gerador, permitindo que o diodo receba áudio. Como resultado, a capacitância será nivelada com o áudio. Isso faz com que o sinal de frequência se mova para cima e para baixo, combinando com as variações de capacitância nessas circunstâncias.

Nos moduladores de fase, um diodo varicap é incorporado à rede de deslocamento de fase, na qual um sinal de frequência flui. O diodo recebe áudio, fazendo com que a fase sincronize com as variações de áudio.

3. Princípio de funcionamento do diodo Varicap

Diagrama de circuito do diodo Varicap:

(Imagem mostrando um diodo varicap em um circuito. Fonte:Wikimedia Commons)

Símbolo do circuito de diodo variável:

Observando o símbolo esquemático do diodo variável abaixo, você verá que ele contém características semelhantes a um diodo de junção PN. Isso porque o diodo varicap possui um ânodo e um terminal de cátodo. Você encontrará o diodo posicionado em uma extremidade do símbolo. Enquanto isso, a extremidade oposta contém duas linhas paralelas para simbolizar as placas condutoras do capacitor. Finalmente, o espaço entre essas duas placas representa o dielétrico isolante.

(Símbolo de circuito de diodo variável. Fonte:Wikimedia Commons)

Fórmula:

Três parâmetros afetam a capacitância do diodo varicap. Eles incluem a seção transversal da junção PN (A), a do semicondutor (Ɛ) e a largura da região de depleção (d). Por exemplo, você encontrará isso representado na fórmula abaixo:

Princípio de funcionamento:

Precisaremos olhar para um capacitor para entender o princípio de funcionamento do diodo varicap. Os capacitores geralmente contêm duas placas de metal condutoras com um dielétrico isolante colocado entre as duas. As regiões do tipo P e do tipo N de um diodo varicap servem como placas condutoras, enquanto a região de depleção representa o dielétrico. Devido à sua construção e design semelhantes a um capacitor, o diodo produz capacitância.

(Um diodo varicap contém características semelhantes a um capacitor)

A capacitância aumenta se a constante dielétrica aumenta ou ambas as placas têm uma distância menor entre elas. No entanto, uma distância maior entre os dois ou constante dielétrica decrescente resulta em capacitância diminuída. Ao mesmo tempo, a capacitância de um diodo varactor é proporcional à região da seção transversal da junção. E é inversamente proporcional à largura da região de depleção. Assim, as mudanças de capacitância ocorrem devido ao ajuste da largura da região de depleção.

Portanto, um diodo varicap em polarização reversa causará, consequentemente, alterações na região de depleção. Para começar, a região se alargará quando o viés reverso aumentar. Com efeito, o espaço entre o tipo N e o tipo P aumenta, o que reduz a capacitância. Diminuir a polarização reversa fará com que a região de depleção se aperte. Como resultado, a distância entre as regiões do tipo N e do tipo P diminuirá, aumentando a capacitância. Portanto, a aplicação de diferentes tensões de polarização reversa no diodo varicap altera a capacitância.

(Imagem demonstrando os efeitos do aumento e diminuição da capacitância. Fonte:Wikimedia Commons)

Operação básica:

O diodo varicap armazena essencialmente carga elétrica. Nesse caso, esses componentes geralmente funcionam em polarização reversa. A aplicação de tensão de polarização reversa fará com que os elétrons da região n e os buracos da região p se separem da junção do dispositivo.

4. Circuito equivalente do diodo Varicap

Um diodo varicap geralmente contém vários componentes principais, que podem ajudar ao projetar um circuito equivalente de diodo.

Os diferentes elementos dispersos incluem:

• Rs (V):Isso serve como resistência em série para o diodo. Ele difere com base na voltagem recebida.
• CJ (V):O aspecto utilizado aqui exibe a capacitância de junção variável. Também serve como elemento primário do diodo.
• LP:Ligar os fios no diodo varicap faz com que a capacitância em série aumente.
• CP:Representa a capacitância parasita. A conexão de fios no diodo fará com que a capacitância parasita aumente em torno de sua junção.

5. O coeficiente de temperatura do capacitor

Você pode calcular a temperatura do coeficiente de capacitância do diodo varicap com a fórmula abaixo:

O valor ΔC representa as mudanças de capacitância do dispositivo devido a variações de temperatura (T1 – T0) durante a polarização reversa. Por exemplo, veremos um valor em que C₀ equivale a 29 pF com um VR de 3V e T₀ em 25. Em seguida, calculamos as mudanças de capacitância do diodo varicap. Com o valor VR, o TC_C irá variar. Como resultado, a frequência máxima é definida para 600 MHz. Você pode então calcular a reatância do diodo varicap com a fórmula:

Conclusão

Como já sabemos, os diodos varicap servem como um componente útil em circuitos eletrônicos e de RF. Além disso, este dispositivo contém recursos semelhantes a um capacitor, demonstrando como ele aumenta ou diminui a capacitância por meio de uma variação da tensão de polarização reversa. Também demos uma olhada em algumas de suas aplicações, incluindo filtros de RF, VCOs e moduladores de frequência e fase. Geralmente, existem dois tipos de diodos varactor hoje, abruptos e hiper abruptos. Cada um serve ao seu propósito único de capacitância.

Você tem alguma dúvida sobre um diodo varicap? Sinta-se livre para nos contatar!