O que são diodos varactor ou sintonizador?

O diodo Varactor ou diodo varicap é um diodo semicondutor que altera significativamente sua capacitância de junção em relação à tensão de polarização reversa aplicada. Muitos diodos de junção PN semicondutores são projetados de maneira diferente para exibir propriedades elétricas específicas. Um desses diodos semicondutores é um diodo varactor ou diodo varicap. Ele é projetado especificamente para exibir características únicas de capacitância de junção. Esses diodos são úteis em circuitos de RF para sintonizar sinais. É por isso que uma classe de diodos varactores também é chamada de diodos sintonizadores.

Características de tensão-capacitância do diodo varator

Exemplo de diodos varactor.

Deve-se notar que a operação desejada do diodo varactor é alcançada apenas na condição de polarização reversa. Por que? descobriremos mais adiante neste artigo. Na condição de polarização reversa, a capacitância interna do diodo muda significativamente em relação à tensão reversa aplicada. É por isso que, e não a tensão-corrente, a tensão-capacitância é a característica importante de um diodo varator.

O que é um diodo varator ou diodo varicap?
O diodo Varactor é um diodo semicondutor cuja capacitância interna muda em relação à tensão reversa aplicada. É um dispositivo controlado por tensão que atua como um capacitor semicondutor variável. É também chamado de diodo varicap, diodo sintonizador, diodo sintonizador, voltcap ou capacitância variável de tensão.

Os diodos varactor são mostrados em circuitos eletrônicos por muitos símbolos. Os símbolos mais populares para indicar um diodo varator em um circuito são mostrados a seguir.

Símbolo do diodo Varactor

Símbolo do diodo varactor.

Construção de diodo Varactor
Os diodos Varactor são projetados de forma que tenham uma região de depleção muito estreita. É apenas um diodo semicondutor com camadas tipo p e tipo n. A camada tipo n é conectada a um pino de molibdênio banhado a ouro por meio de uma estrutura de mesa. Isso funciona como cátodo do diodo. A camada tipo p é conectada a outro pino de molibdênio banhado a ouro por meio de um fio de ouro. Isso funciona como ânodo do diodo. Obviamente, a polaridade de um diodo é realmente importante, e a de um diodo varator é ainda mais importante, pois deve funcionar essencialmente apenas em polarização reversa. A polaridade é frequentemente indicada distinguindo o cátodo por um ponto, ou uma estrutura de chumbo diferente ou uma banda.

Os varicap estão disponíveis em pacotes passantes e SMD. Os pacotes de furo passante geralmente têm cátodo indicado por um ponto ou uma estrutura de chumbo distinta. Os pacotes SMD possuem cátodo indicado por um ponto ou faixa em uma extremidade. Os diodos Varactor vêm em pacotes Transistor Outline (TO), Diode Outline (DO), Small Outline Diode (SOD) e Small Outline Transistor (SOT). Em alguns pacotes, podem ser vistos três terminais, dos quais apenas dois precisam ser conectados. Os diodos Varactor projetados para operação em baixa frequência são feitos de silício e os projetados para operação em alta frequência são feitos de arsenieto de gálio.

Uma das características únicas dos diodos varactor é o seu doping. Ao contrário dos diodos semicondutores convencionais (diodos de sinal e de potência) que possuem dopagem uniforme em toda a camada tipo p e tipo n, nos diodos varactores, a concentração de átomos de impureza é menor perto da junção, que aumenta gradualmente no resto da camada p. camadas de tipo e tipo n. Este tipo de dopagem é feito para reduzir o comprimento da região de depleção.

Como funciona o diodo varicap
Espera-se que um diodo varator funcione como um capacitor variável. Um capacitor é um dispositivo elétrico que armazena carga quando uma tensão é aplicada a ele. À medida que a tensão é invertida, o capacitor descarrega a carga armazenada. Quando um capacitor está carregando, a corrente flui através dele criando um campo eletrostático através dele. Quando um capacitor descarrega através de uma carga ou durante o ciclo negativo de um sinal CA, ele deixa a corrente fluir através dele na direção reversa até que suas placas sejam eletricamente neutralizadas. A capacitância de um capacitor nada mais é do que uma medida da carga que ele pode armazenar em relação à tensão de carga aplicada. O capacitor é capaz de armazenar carga devido à oposição ao fluxo de corrente através dele por seu meio dielétrico situado entre duas superfícies condutoras.

Um diodo possui capacitância de transição e difusão. A capacitância é mostrada por um diodo porque a região de depleção é desprovida de portadores de carga livres que atuam como meio dielétrico. A camada de íons carregados negativamente no material do tipo p e a camada de íons carregados positivamente no material do tipo n atuam como superfícies condutoras onde a carga é armazenada quando não há polarização ou quando a tensão de polarização reversa é aplicada.

Um diodo varactor é projetado para ter uma região de depleção estreita. Devido ao padrão de dopagem único e à estrutura física do diodo, o comprimento da região de depleção muda drasticamente na aplicação da tensão de polarização reversa. A capacitância ou capacidade de armazenamento de carga de um dispositivo capacitor é inversamente proporcional à distância entre suas superfícies condutoras e diretamente proporcional à área das superfícies condutoras. Um diodo varactor é projetado para ter uma grande área de junção e uma região de depleção estreita. Isto é conseguido pela estrutura mesa do diodo na extremidade do cátodo e pelo padrão de dopagem exclusivo. Na condição imparcial, o diodo tem maior capacitância. Na condição de polarização reversa, à medida que a tensão de polarização reversa aumenta, o comprimento da região de depleção aumenta e a capacitância de junção do diodo diminui. Quando polarizado diretamente, a região de depleção desaparece gradualmente com a tensão direta e o diodo entra no estado de condução. Portanto, para operar um diodo varator como um capacitor variável controlado por tensão, ele deve ser conectado em polarização reversa.

Características do diodo Varactor
Ao contrário dos diodos convencionais que têm a tensão-corrente como as características mais importantes, para os diodos varactor a tensão-capacitância é a característica elétrica mais importante. Os varicap são projetados para ter uma alta variação de capacitância em relação à tensão reversa aplicada. O gráfico típico de tensão-capacitância de um diodo varactor é mostrado abaixo.

Características de tensão-capacitância do diodo varator

Características de tensão-capacitância do diodo varactor

Tipos de diodo varator
Os diodos Varactor são classificados como Diodos Varactor Abruptos e Diodos Varactor Hiperabruptos. Em diodos varactores abruptos, a dopagem é aumentada linearmente da região de depleção para os terminais do diodo. Como resultado, a capacitância diminui quase linearmente com o aumento da tensão reversa. Em diodos varactores hiperabruptos, a dopagem é aumentada de forma não linear da região de depleção para os terminais do diodo. Como resultado, a capacitância muda exponencialmente em relação à tensão reversa.

Especificações do diodo Varactor
Algumas das características elétricas importantes de um diodo varactor são apresentadas a seguir.

  1. Corrente reversa: Esta é a corrente de fuga reversa do varicap através de sua junção para uma tensão reversa especificada.
  2. Razão de capacitância: Esta é a razão entre a capacitância mínima e a capacitância máxima do diodo varator. Um valor menor desta relação mostra uma grande faixa de capacitância.
  3. Capacitância do diodo: Esta é a capacitância mínima para uma tensão reversa e frequência CA especificadas.
  4. Temperatura operacional da junção: Esta é a faixa máxima de temperatura da junção que o varactor pode suportar.
  5. Dissipação de potência: Esta é a potência máxima dissipada pelo diodo em seu estado de condução para uma temperatura ambiente especificada. É também uma indicação da tensão e corrente máximas que o varator pode tolerar.

Vantagens dos diodos varactor
Os diodos Varactor têm várias vantagens. Estes são capacitores variáveis ​​​​não mecânicos. Eles podem ser facilmente usados ​​em um circuito semicondutor. Estes são pequenos e compactos. Esses diodos produzem menos ruído em comparação com outros tipos de diodos.

Aplicações de diodos varactor
Os diodos Varactor são usados ​​em circuitos de sintonia ou para modulação de frequência. Algumas das aplicações notáveis ​​do varicap estão a seguir.

  1. Filtros FR
  2. Controladores automáticos de frequência
  3. Rádios de alta frequência
  4. Filtros passa-banda
  5. Osciladores controlados por tensão
  6. Geradores harmônicos
  7. Multiplicadores de frequência

Referência de diodo Varactor

A seguir está uma lista de alguns diodos varactores populares com especificações notáveis.

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