Varicap 다이오드:전자 제품 애호가를 위한 최고의 안내서

전자 회로는 일반적으로 저항, 커패시터, 변압기, 다이오드, 트랜지스터 등으로 구성됩니다. 이제 특수 다이오드 유형을 소개합니다. Varicap 다이오드는 전압 제어 커패시턴스를 제공하여 전자 산업에서 유용한 애플리케이션을 제공합니다. 또한 위상 고정 루프에서 전압 레벨을 제어합니다.

이들은 모든 유형의 튜닝 회로 및 주파수 RF 회로에 통합할 수 있습니다. 그럼 살펴보겠습니다! 그 목적과 운영 프로세스를 이해하는 것은 혼란스러워 보일 수 있습니다. 따라서 이 특정 주제에 대해 더 많은 지식을 얻을 수 있도록 이 가이드를 마련했습니다.

(바리캡 다이오드를 보여주는 이미지. 출처:Wikimedia Commons)

1. Varicap 다이오드란 무엇입니까?

가변(가변 커패시턴스) 다이오드는 버랙터 또는 튜닝 다이오드라고도 하는 고유한 반도체입니다. 역 바이어스에서 장치의 pn 접합에 전압 종속 커패시턴스 활용 기능을 제공합니다.

2. Varicap 다이오드 유형 및 용도

아래에서 다양한 varicap 다이오드 유형에 대해 설명합니다. 또한 구성 요소의 일부 응용 프로그램을 살펴보았습니다.

유형

매우 갑작스러운

Hyperabrupt 버랙터 다이오드는 전압 변동에 대해 더 높은 커패시턴스를 제공합니다. 저전압으로도 동작합니다.

갑작스러운

가장 일반적인 유형인 급격한 버랙터 다이오드는 일정한 도핑 농도로 구성됩니다. 이 경우 접합부는 제조 공정 중에 제어되는 도핑 프로파일을 겪습니다. 또한 커패시턴스는 받는 전압에 반비례합니다.

응용 프로그램

RF 필터:

실제 varicap 다이오드는 필터 튜닝 기능도 제공할 수 있습니다. 이에 따라 프런트 엔드 회로에 추적 수신기를 구현하여 수신 신호를 모니터링할 수 있습니다. 그런 다음 제어된 전압이 디지털-아날로그 변환기를 통해 이 기능을 조절합니다.

전압 제어 발진기(VCO):

다양한 RF 구성에는 특히 중요한 구성 요소인 버랙터 다이오드가 있는 전압 제어 발진기가 포함됩니다. 발진기의 기본 작동에는 특히 위상 고정 루프가 포함됩니다. 이러한 이유로 주파수 합성기 또는 FM 복조기를 위한 응용 프로그램을 제공합니다.

(신디사이저에는 바리캡 다이오드를 사용하는 VCO가 포함되어 있습니다.)

주파수 및 위상 변조기는 바리캡 다이오드도 사용합니다. 주파수 변조기는 일반적으로 발생기의 전기 공진에 걸쳐 이들을 통합하여 다이오드가 오디오를 수신할 수 있도록 합니다. 결과적으로 커패시턴스는 오디오와 수평을 이룹니다. 이렇게 하면 주파수 신호가 위아래로 움직이게 하여 이러한 상황에서 정전 용량 변화와 일치하게 됩니다.

위상 변조기에서 varicap 다이오드는 주파수 신호가 흐르는 위상 편이 네트워크에 통합됩니다. 다이오드가 오디오를 수신하여 위상이 오디오 변화와 동기화되도록 합니다.

3. Varicap 다이오드의 작동 원리

바리캡 다이오드 회로도:

(회로의 varicap 다이오드를 보여주는 이미지. 출처:Wikimedia Commons)

가변 다이오드 회로 기호:

아래 가변 다이오드의 회로도 기호를 보면 PN 접합 다이오드와 유사한 특성을 포함하고 있음을 알 수 있습니다. varicap 다이오드에는 양극과 음극 단자가 있기 때문입니다. 기호의 한쪽 끝에 위치한 다이오드를 찾을 수 있습니다. 한편, 반대쪽 끝에는 커패시터의 전도성 판을 상징하는 두 개의 평행선이 있습니다. 마지막으로 두 판 사이의 공간은 절연 유전체를 나타냅니다.

(가변 다이오드 회로 기호. 출처:Wikimedia Commons)

공식:

세 가지 매개변수가 varicap 다이오드의 커패시턴스에 영향을 줍니다. 여기에는 PN 접합의 단면(A), 반도체(Ɛ) 및 공핍 영역의 너비(d)가 포함됩니다. 예를 들어, 아래 공식으로 표시되는 것을 찾을 수 있습니다.

작동 원리:

바리캡 다이오드의 작동 원리를 이해하려면 커패시터를 살펴봐야 합니다. 커패시터에는 일반적으로 두 개의 전도성 금속판과 그 사이에 절연 유전체가 배치되어 있습니다. varicap 다이오드의 P형 및 N형 영역은 전도성 플레이트 역할을 하고 공핍 영역은 유전체를 나타냅니다. 커패시터와 유사한 구조 및 설계로 인해 다이오드는 커패시턴스를 생성합니다.

(바리캡 다이오드는 커패시터와 유사한 기능을 포함합니다)

유전 상수가 부스트되거나 두 플레이트 사이의 거리가 더 짧으면 커패시턴스가 증가합니다. 그러나 둘 사이의 거리가 멀거나 유전 상수가 감소하면 커패시턴스가 감소합니다. 동시에 버랙터 다이오드의 커패시턴스는 접합부의 단면적에 비례합니다. 그리고 공핍 영역의 너비에 반비례합니다. 따라서 공핍 영역의 너비 조정으로 인해 정전 용량 변화가 발생합니다.

따라서 역 바이어스의 varicap 다이오드는 결과적으로 공핍 영역 변경을 유발합니다. 우선 역 바이어스가 증가하면 영역이 넓어집니다. 실제로 N형과 P형 사이의 공간이 커져 커패시턴스가 감소합니다. 역 바이어스를 줄이면 공핍 영역이 조여집니다. 결과적으로 N형과 P형 영역 사이의 거리가 짧아져 커패시턴스가 증가합니다. 따라서 varicap 다이오드에 다른 역 바이어스 전압을 적용하면 커패시턴스가 변경됩니다.

(커패시턴스 증가 및 감소의 효과를 보여주는 이미지. 출처:Wikimedia Commons)

기본 작업:

varicap 다이오드는 기본적으로 전하를 저장합니다. 이 경우 이러한 구성 요소는 일반적으로 역 바이어스에서 작동합니다. 역 바이어스 전압을 적용하면 n 영역 전자와 p 영역 정공이 장치의 접합부에서 분리됩니다.

4. Varicap 다이오드 등가 회로

varicap 다이오드는 일반적으로 다이오드 등가 회로를 설계할 때 도움이 될 수 있는 몇 가지 주요 구성 요소를 포함합니다.

다른 길 잃은 요소는 다음과 같습니다.

• Rs(V):다이오드의 직렬 저항 역할을 합니다. 받는 전압에 따라 다릅니다.
• CJ(V):여기에서 사용된 양상은 가변 접합 커패시턴스를 나타냅니다. 다이오드의 기본 요소이기도 합니다.
• LP:varicap 다이오드의 바인딩 와이어로 인해 직렬 커패시턴스가 증가합니다.
• CP:기생 커패시턴스를 나타냅니다. 다이오드에 와이어를 연결하면 접합부 주변에서 기생 커패시턴스가 증가합니다.

5. 커패시터의 온도 계수

아래 공식을 사용하여 varicap 다이오드의 커패시턴스 계수 온도를 계산할 수 있습니다.

ΔC 값은 역 바이어스 동안 온도 변화(T1 – T0)로 인한 장치의 커패시턴스 변화를 나타냅니다. 예를 들어 C₀인 값을 살펴보겠습니다. 3V 및 T₀의 VR에서 29pF와 동일 at 25. 그런 다음 varicap 다이오드의 커패시턴스 변화를 계산합니다. VR 값으로 TC_C 달라집니다. 결과적으로 최대 주파수는 600MHz로 설정됩니다. 그런 다음 공식을 사용하여 varicap 다이오드의 리액턴스를 계산할 수 있습니다.

결론

우리가 이미 알고 있듯이 varicap 다이오드는 전자 및 RF 회로에서 유용한 구성 요소로 사용됩니다. 또한 이 장치는 커패시터와 유사한 기능을 포함하고 있어 역 바이어스 전압의 변화를 통해 커패시턴스를 증가 또는 감소시키는 방법을 보여줍니다. 또한 RF 필터, VCO, 주파수 및 위상 변조기를 비롯한 일부 응용 프로그램을 살펴보았습니다. 일반적으로 오늘날 두 가지 유형의 버랙터 다이오드가 존재합니다. 각각은 정전 용량에 대한 고유한 목적을 수행합니다.

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