¿Qué son los diodos varactor o sintonizador?

El diodo varactor o diodo varicap es un diodo semiconductor que cambia significativamente su capacitancia de unión con respecto al voltaje de polarización inversa aplicado. Muchos diodos semiconductores de unión PN están diseñados de manera diferente para exhibir propiedades eléctricas específicas. Uno de esos diodos semiconductores es un diodo varactor o diodo varicap. Está diseñado específicamente para exhibir características únicas de capacitancia de unión. Estos diodos son útiles en circuitos de RF para sintonizar señales. Es por eso que una clase de diodos varactor también se denomina diodos sintonizadores.

Cabe señalar que el funcionamiento deseado del diodo varactor se logra sólo en condiciones de polarización inversa. ¿Por qué? Lo descubriremos más adelante en este artículo. En la condición de polarización inversa, la capacitancia interna del diodo cambia significativamente con respecto al voltaje inverso aplicado. Esta es la razón por la que, en lugar de tensión-corriente, la tensión-capacitancia es la característica importante de un diodo varactor.

¿Qué es un diodo varactor o diodo varicap?
El diodo varactor es un diodo semiconductor cuya capacitancia interna cambia con respecto al voltaje inverso aplicado. Es un dispositivo controlado por voltaje que actúa como un condensador semiconductor variable. También se le llama diodo varicap, diodo de sintonización, diodo de sintonización, voltcap o capacitancia variable de voltaje.

Los diodos varactor se muestran en los circuitos electrónicos mediante muchos símbolos. A continuación se muestran los símbolos más populares para indicar un diodo varactor en un circuito.

Construcción de diodo varactor
Los diodos varactor están diseñados de tal manera que tienen una región de agotamiento muy estrecha. Es simplemente un diodo semiconductor con capas de tipo p y tipo n. La capa tipo n está conectada a un pasador de molibdeno chapado en oro a través de un marco de mesa. Este funciona como cátodo del diodo. La capa tipo p está conectada a otro pasador de molibdeno chapado en oro mediante un cable de oro. Este funciona como ánodo del diodo. Obviamente, la polaridad de un diodo es realmente importante, y la de un diodo varactor es aún más importante, ya que esencialmente solo debe funcionar en polarización inversa. La polaridad a menudo se indica distinguiendo el cátodo mediante un punto, una estructura de cable diferente o una banda.

Los Varicaps están disponibles en paquetes SMD y de orificio pasante. Los paquetes de orificios pasantes suelen tener un cátodo indicado por un punto o una estructura de conductor distinta. Los paquetes SMD tienen un cátodo indicado por un punto o una raya en un extremo. Los diodos varactor vienen en paquetes de contorno de transistor (TO), contorno de diodo (DO), diodo de contorno pequeño (SOD) y transistor de contorno pequeño (SOT). En algunos paquetes se pueden ver tres terminales, de los cuales sólo es necesario conectar dos. Los diodos varactor diseñados para operación de baja frecuencia están hechos de silicio y los diseñados para operación de alta frecuencia están hechos de arseniuro de galio.

Una de las características únicas de los diodos varactor es su dopaje. A diferencia de los diodos semiconductores convencionales (diodos de señal y potencia), que tienen un dopaje uniforme en toda la capa de tipo p y tipo n, en los diodos varactor la concentración de átomos de impureza es menor cerca de la unión, que aumenta gradualmente en el resto de la capa P. . capas tipo y tipo n. Este tipo de dopaje se realiza para reducir la longitud de la región de agotamiento.

Cómo funciona el diodo varicap
Se espera que un diodo varactor funcione como un capacitor variable. Un condensador es un dispositivo eléctrico que almacena carga cuando se le aplica un voltaje. A medida que se invierte el voltaje, el capacitor descarga la carga almacenada. Cuando un condensador se está cargando, la corriente fluye a través de él creando un campo electrostático a través de él. Cuando un condensador se descarga a través de una carga o durante el ciclo negativo de una señal de CA, deja que la corriente fluya a través de él en dirección inversa hasta que sus placas se neutralizan eléctricamente. La capacitancia de un condensador no es más que una medida de la carga que puede almacenar en relación con el voltaje de carga aplicado. El condensador es capaz de almacenar carga debido a la oposición al flujo de corriente que lo atraviesa por su medio dieléctrico situado entre dos superficies conductoras.

Un diodo tiene capacitancia de transición y difusión. La capacitancia se muestra mediante un diodo porque la región de agotamiento carece de portadores de carga libres que actúan como medio dieléctrico. La capa de iones cargados negativamente en el material tipo n y la capa de iones cargados positivamente en el material tipo n actúan como superficies conductoras donde se almacena la carga cuando no hay polarización o cuando se aplica voltaje de polarización inversa.

Un diodo varactor está diseñado para tener una región de agotamiento estrecha. Debido al patrón de dopaje único y a la estructura física del diodo, la longitud de la región de agotamiento cambia drásticamente tras la aplicación del voltaje de polarización inversa. La capacitancia o capacidad de almacenamiento de carga de un dispositivo capacitor es inversamente proporcional a la distancia entre sus superficies conductoras y directamente proporcional al área de las superficies conductoras. Un diodo varactor está diseñado para tener un área de unión grande y una región de agotamiento estrecha. Esto se logra mediante la estructura de mesa del diodo en el extremo del cátodo y el patrón de dopaje único. En condición insesgada, el diodo tiene mayor capacitancia. En la condición de polarización inversa, a medida que aumenta el voltaje de polarización inversa, aumenta la longitud de la región de agotamiento y disminuye la capacitancia de unión del diodo. Cuando se polariza directamente, la región de agotamiento desaparece gradualmente con el voltaje directo y el diodo entra en estado conductor. Por lo tanto, para operar un diodo varactor como capacitor variable controlado por voltaje, debe conectarse en polarización inversa.

Características del diodo Varactor
A diferencia de los diodos convencionales que tienen tensión-corriente como características más importantes, para los diodos varactor, la tensión-capacitancia es la característica eléctrica más importante. Los Varicaps están diseñados para tener una alta variación de capacitancia con respecto al voltaje inverso aplicado. A continuación se muestra el gráfico típico de voltaje-capacitancia de un diodo varactor.

Tipos de diodos varadores
Los diodos Varactor se clasifican en diodos Varactor abruptos y diodos Varactor hiperabruptos. En diodos varactor abruptos, el dopaje aumenta linealmente desde la región de agotamiento hasta los terminales del diodo. Como resultado, la capacitancia disminuye casi linealmente al aumentar el voltaje inverso. En los diodos varactor hiperabruptos, el dopaje aumenta de forma no lineal desde la región de agotamiento hasta los terminales del diodo. Como resultado, la capacitancia cambia exponencialmente con respecto al voltaje inverso.

Especificaciones del diodo varactor
Algunas de las características eléctricas importantes de un diodo varactor se detallan a continuación.

1. Corriente inversa: esta es la corriente de fuga inversa del varicap a través de su unión para un voltaje inverso específico.
2. Relación de capacitancia: esta es la relación entre la capacitancia mínima y la capacitancia máxima del diodo varactor. Un valor menor de esta relación muestra un rango de capacitancia mayor.
3. Capacitancia de diodo: Esta es la capacitancia mínima para una frecuencia y voltaje inverso de CA específicos.
4. Temperatura de funcionamiento de la unión: este es el rango máximo de temperaturas de unión que puede soportar el varactor.
5. Disipación de potencia: Esta es la potencia máxima disipada por el diodo en su estado conductor para una temperatura ambiente específica. También es una indicación del voltaje y la corriente máximos que el varactor puede tolerar.

Ventajas de los diodos varactor
Los diodos varactor tienen varias ventajas. Estos son condensadores variables no mecánicos. Se pueden utilizar fácilmente en un circuito semiconductor. Son pequeños y compactos. Estos diodos producen menos ruido en comparación con otros tipos de diodos.

Aplicaciones de los diodos varactor
Los diodos varactor se utilizan en circuitos de sintonización o para modulación de frecuencia. Algunas de las aplicaciones notables de varicap se encuentran a continuación.

1. Filtros FR
2. Controladores de frecuencia automáticos
3. radios de alta frecuencia
4. Filtros de paso de banda
5. Osciladores controlados por voltaje
6. Generadores de armónicos
7. Multiplicadores de frecuencia

Referencia del diodo varactor

A continuación se muestra una lista de algunos diodos varactor populares con especificaciones notables.