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Comprensión de las especificaciones del diodo varactor: especificaciones y parámetros

Comprensión de las especificaciones del diodo varactor: especificaciones y parámetros

Al elegir un diodo varactor de la información en la hoja de datos, las especificaciones del varactor deben evaluarse cuidadosamente para ver si su rendimiento cumple con las necesidades del circuito en el que está destinado a su uso.

En vista del hecho de que el diodo varactor es un diodo semiconductor, muchos parámetros son los mismos que los de otros diodos. Sin embargo, existen varias otras especificaciones que son únicas para el funcionamiento del diodo varactor.

Como los requisitos del varactor pueden ser un equilibrio entre varios factores en competencia, es necesario comprender las especificaciones y lo que significan.

Especificación de avería inversa de varactor

La tensión de ruptura inversa, Vsi de un diodo varactor es una especificación importante porque los voltajes que se pueden usar para impulsar estos diodos para proporcionar el rango requerido de capacitancia pueden ser bastante altos en algunos casos.

La capacitancia disminuye al aumentar la polarización inversa, aunque a medida que los voltajes aumentan, la disminución de la capacitancia se vuelve menor. Para lograr la capacitancia mínima requerida y el rango de capacitancia general, puede ser necesario aplicar algunos voltajes relativamente altos.

En vista de los altos voltajes que pueden necesitar ser aplicados, es aconsejable elegir un diodo varactor que tenga un margen entre el voltaje máximo que es probable esperar, es decir, el voltaje del carril del circuito del controlador y el voltaje de ruptura inverso de el diodo en la hoja de datos de especificaciones. Al garantizar que haya suficiente margen, es menos probable que falle el circuito.

También es necesario asegurarse de que se pueda alcanzar la especificación de capacitancia mínima con el voltaje máximo del controlador. Nuevamente, debe dejarse un buen margen para adaptarse a las variaciones en los parámetros entre dispositivos.

Los diodos generalmente operan con polarización inversa que van desde alrededor de un par de voltios hasta 20 voltios o posiblemente más. Algunos incluso pueden operar hasta 60 voltios, aunque en el extremo superior del rango se observa un cambio relativamente pequeño en la capacitancia. Además, a medida que aumenta el voltaje en el diodo, es probable que se requieran suministros de voltaje específicos para los circuitos que controlan los diodos varactores.

En algunos diodos hay un punto agudo en el que se produce la ruptura, muy similar a la curva de un diodo Zener, y aquí es donde se produce la ruptura por avalancha. Los diodos de menor rendimiento tendrán una característica de ruptura mucho más suave y los diodos con este tipo de ruptura a menudo ofrecen niveles más bajos de rendimiento.

El voltaje de ruptura inversa se mide normalmente en el punto donde hay 10 µA de corriente inversa. Como los varactores a menudo se activan desde una fuente de alta impedancia, este límite es muy aceptable.

Al seleccionar un diodo varactor, el parámetro de voltaje de ruptura inversa Vsi es importante y el diodo no debe funcionar demasiado cerca del máximo. Es aconsejable seleccionar un diodo con un voltaje inverso máximo que sea un mínimo de 5 voltios mayor que el voltaje máximo que se aplicará. Es aconsejable un margen mayor ya que esto mejorará la confiabilidad.

Especificación de corriente inversa del diodo varactor

La corriente inversa, yoR, es otra medida del rendimiento básico del diodo. Si la corriente de fuga aumenta demasiado, afectará al circuito de control, que normalmente es de alta impedancia. También reducirá la Q del circuito sintonizado en el que se encuentran la mayoría de los diodos.

Especificación de rango de capacitancia y relación de capacitancia

El rango de capacitancia real de un diodo varactor depende de varios factores: el área de la unión; el ancho de la región de agotamiento para un voltaje dado, etc.

Se encuentra que el espesor de la región de agotamiento en el diodo varactor es proporcional a la raíz cuadrada del voltaje inverso a través de él. Además de esto, la capacitancia del varactor es inversamente proporcional al espesor de la región de agotamiento. A partir de esto, se puede ver que la capacitancia del diodo varactor es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del voltaje a través de él.

Los diodos generalmente operan con polarización inversa que van desde alrededor de un par de voltios hasta 20 voltios y más. Algunos incluso pueden operar hasta 60 voltios, aunque en el extremo superior del rango se observa un cambio relativamente pequeño en la capacitancia.

Uno de los parámetros clave de un diodo varactor es la relación de capacitancia. Esto se expresa comúnmente en la forma Cx / Cy donde xey son dos voltajes hacia los extremos del rango sobre el cual se puede medir el cambio de capacitancia.

Para un cambio entre 2 y 20 voltios, un diodo abrupto puede exhibir una relación de cambio de capacitancia de 2.5 a 3, mientras que un diodo hiperabrupto puede ser el doble, p. Ej. 6.

Sin embargo, aún es necesario consultar las curvas para el diodo en particular para asegurarse de que dará el cambio de capacitancia requerido sobre los voltajes que se aplicarán. Vale la pena recordar que habrá un margen en los valores de capacitancia que se pueden obtener, y esto debe incluirse en cualquier cálculo para el circuito final.

Frecuencia máxima de especificación de operación

Hay una serie de elementos que limitan la frecuencia de funcionamiento de cualquier diodo varactor. La capacitancia mínima del diodo es obviamente un factor limitante. Si se utilizan grandes niveles de capacitancia en un circuito resonante, esto reducirá la Q. Un factor adicional son las respuestas parásitas, así como la capacitancia e inductancia parásitas que puede exhibir el paquete del dispositivo. Esto significa que los dispositivos con bajos niveles de capacitancia que pueden ser más adecuados para altas frecuencias se colocarán en paquetes tipo microondas. Estas y otras consideraciones deben tenerse en cuenta al elegir un diodo varactor para un nuevo diseño.

Como un tipo de diodo varactor particular puede estar disponible en varios paquetes, es necesario elegir la variante con el paquete que sea más adecuado para la aplicación en cuestión.

Especificación Varactor Q

Una característica importante de cualquier diodo varactor es su Q. Esto es particularmente importante en varias aplicaciones. Para los osciladores utilizados en sintetizadores de frecuencia, afecta el rendimiento del ruido. Los diodos de Q alto permiten lograr un circuito sintonizado con Q más alto y, a su vez, esto reduce el ruido de fase producido por el circuito. Para los filtros, la Q vuelve a ser muy importante. Un diodo Q alto permitirá que el filtro dé una respuesta más nítida, mientras que un diodo Q bajo aumentará las pérdidas.

El Q depende de la resistencia en serie que exhibe el diodo varactor. Esta resistencia surge de varias causas:

  • la resistencia del semiconductor en las áreas fuera de la región de agotamiento, es decir, en la región donde la carga se lleva a las "placas de condensadores".
  • cierta resistencia que surge de los elementos de plomo y paquete del componente
  • alguna contribución del sustrato de la matriz

El factor Q o de calidad del diodo se puede determinar a partir de la siguiente ecuación:

Dónde:
Cv = la capacitancia a la tensión medida
R = la resistencia en serie

De esto se puede ver que para maximizar la Q es necesario minimizar la resistencia en serie. Los fabricantes de diodos varactores suelen utilizar una estructura epitaxial para minimizar esta resistencia.

Al diseñar el circuito, la Q del circuito se puede maximizar minimizando la capacitancia.

Estas son las principales especificaciones de varactor que deben considerarse fuera de las especificaciones básicas de diodos. Estos parámetros detallan el rendimiento del varactor como un diodo de capacitancia variable y permiten medir su idoneidad en esta función.

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