바리카프

Varicap
이 기사는 다이오드에 관한 것입니다.순수 가변 캐패시터는 가변 캐패시터를 참조하십시오.
Varicap 다이오드
Varactor.svg
정맥류 내부 구조
유형수동적인
발명된1961
핀 구성양극과 음극
전자 기호
IEEE 315-1975 (1993) 8.5.2.a.svg IEEE 315-1975 (1993) 8.5.2.b.svg

전자 공학에서, Varicap 다이오드, Varactor 다이오드, 가변 캐패시턴스 다이오드, 가변 리액턴스 다이오드 또는 튜닝 다이오드는 역편향 p-n [1]접점의 전압 의존 캐패시턴스를 이용하도록 설계된 다이오드의 한 종류입니다.

적용들

전압 제어 캐패시터로서 Varactor가 사용됩니다.전압 제어 발진기, 파라미터 증폭기 및 주파수 [2]승수에 일반적으로 사용됩니다.전압 제어 발진기에는 FM 송신기의 주파수 변조 및 위상 잠금 루프와 같은 많은 응용 분야가 있습니다.위상 잠금 루프는 많은 라디오, 텔레비전 세트 및 휴대 전화를 튜닝하는 주파수 신시사이저에 사용됩니다.

1961년 [3]6월 Ramo Woldridge Corporation의 Pacific Semiconductor 자회사가 개발한 Varicap.1967년 10월 퍼시픽 세미컨덕터의 후속 제품인 TRW Semiconductors에 의해 "Varicap"이라는 상표도 얻었다.이것은,[clarification needed] 사용중의 디바이스의 다른 이름을 설명하는 데 도움이 됩니다.

작동

정맥류 동작구멍은 파란색, 전자는 빨간색, 고갈 영역은 흰색입니다.전극은 위와 아래에 있습니다.

바락터는 역바이어스 상태로 동작하기 때문에 DC 전류가 디바이스를 통과하지 않습니다.역바이어스의 양은 고갈 영역의 두께를 제어하고, 따라서 바랙터의 접합 캐패시턴스를 제어합니다.캐패시턴스 변화 특성은 도핑 프로파일에 따라 달라집니다.일반적으로 갑작스러운 접합 프로파일의 경우 공핍영역 두께는 인가전압의 제곱근에 비례하고 정전용량은 공핍영역 두께에 반비례한다.따라서 캐패시턴스는 인가전압의 제곱근에 반비례합니다.초파손의 경우 접점 프로파일의 캐패시턴스 변화는 더 비선형적이지만, 초파손 정맥류는 캐패시턴스 변동이 더 크고 낮은 전압에서도 작동할 수 있습니다.

모든 다이오드는 이 가변 접점 캐패시턴스를 나타내지만, 가변 변수는 이 효과를 이용하여 캐패시턴스 변동을 증가시키도록 제조됩니다.

그림은 p-n 접합으로 형성된 고갈층을 가진 변액자의 단면 예를 보여준다.이 고갈층은 MOS 또는 숏키 다이오드로도 만들 수 있습니다.이는 CMOS 및 MMIC 기술에서 중요합니다.

회선에서의 사용

튜닝 회로

일반적으로 회로에서 Varicap 다이오드를 사용하려면 튜닝된 회로에 연결해야 하며, 일반적으로 기존의 캐패시턴스 [4]또는 인덕턴스와 병렬로 연결해야 합니다.DC전압은 그 정전용량을 변경하기 위해 정맥류 전체에 역바이어스로 인가된다.DC 바이어스 전압이 튜닝된 회로로 들어가지 않도록 차단해야 합니다.이는 Varicap 다이오드의 최대 캐패시턴스보다 약 100배 큰 캐패시턴스를 DC 블로킹캐패시터를 직렬로 배치하고 첨부 그림의 왼쪽 상단 회로에 나타나 있듯이 고임피던스 소스에서 DC를 Varicap 음극과 블로킹캐패시터 사이의 노드에 적용함으로써 실현할 수 있습니다.

Varicap을 사용한 회선의 예

Varicap에는 DC 전류가 많이 흐르지 않기 때문에 DC 제어 전압 저항기에 캐소드를 다시 접속하는 저항기의 값은 22kΩ ~150kΩ 범위, 블로킹캐패시터는 5~100nF 범위입니다.때로는 매우 높은 Q 튜닝 회로의 경우 인덕터를 저항기와 직렬로 배치하여 튜닝 회로의 부하가 걸리지 않도록 제어 전압의 소스 임피던스를 증가시키고 Q를 감소시킵니다.

또 다른 일반적인 설정에서는 2개의 백투백(아노드에서 아노드로) Varicap 다이오드를 사용합니다.(그림의 왼쪽 아래 회로를 참조).두 번째 Varicap은 첫 번째 회로의 차단 캐패시터를 효과적으로 대체합니다.이로 인해 전체 캐패시턴스와 캐패시턴스 범위가 절반으로 줄어들지만 각 디바이스에서 전압의 AC 컴포넌트를 줄일 수 있다는 장점이 있으며 AC 컴포넌트가 정맥류를 전진 전도로 바이어스할 수 있는 충분한 진폭을 가질 경우 대칭 왜곡이 발생합니다.

Varicap을 사용한 튜닝 회로를 설계할 때는 일반적으로 신호를 왜곡하고 고조파를 추가하는 다이오드 캐패시턴스를 너무 많이 변경하지 않도록 하기 위해 Varicap 전체에서 전압의 AC 컴포넌트를 최소 레벨(일반적으로 피크 대 피크 100mV 미만)로 유지하는 것이 좋습니다.

다이어그램 오른쪽 상단에 있는 세 번째 회로는 직렬 연결된 두 개의 정맥류 및 별도의 DC 및 AC 신호 접지 연결을 사용합니다.DC 접지는 전통적인 접지 기호로 표시되고 AC 접지는 열린 삼각형으로 표시됩니다.(i) 저주파 접지 노드로부터의 고주파 방사를 방지하고 (ii) 교류 접지 노드 내의 직류 전류가 바리캡이나 트랜지스터 등의 액티브 디바이스의 바이어스 및 동작점을 변화시키지 않도록 접지 분리가 이루어지는 경우가 많다.

이러한 회로 구성은 텔레비전 튜너 및 전자적으로 튜닝된 방송 AM 및 FM 수신기 및 기타 통신 기기 및 산업 기기에서 매우 일반적입니다.초기 Varicap 다이오드는 보통 0~33V의 역전압 범위를 필요로 했지만, 여전히 매우 작아서 약 1~10pF의 정전용량 범위를 얻을 수 있었습니다.이러한 유형은 텔레비전 튜너에서 광범위하게 사용되었으며 지금도 널리 사용되고 있으며, 높은 반송파 주파수는 캐패시턴스의 작은 변화만 필요로 합니다.

시간이 지남에 따라 100–500 pF의 큰 정전용량 범위를 나타내는 정맥류 다이오드가 개발되었으며, 역편향의 변화는 상대적으로 작았다.이러한 새로운 장치를 통해 전자적으로 튜닝된 AM 브로드캐스트 수신기와 일반적으로 10MHz 미만의 낮은 주파수에서 대용량 캐패시턴스 변경이 필요한 많은 다른 기능을 실현할 수 있습니다.소매점에서 사용되는 전자 보안 태그 리더의 일부 설계에서는 전압 제어 발진기에 이러한 대용량 정맥류가 필요합니다.

Varicap이 강조 표시된 호주 시장 대역 I-II-U TV 튜너
정맥류 캡이 강조 표시된 소비자 AM-FM 방송 튜너

페이지 상단에 표시된 3개의 리드 디바이스는 일반적으로 1개의 패키지에 2개의 공통 캐소드 접속형 정맥류입니다.오른쪽에 표시된 전기 소비 장치 AM/FM 튜너에서는 단일 이중 패키지 Varicap 다이오드가 탱크 회로(주 스테이션 셀렉터)의 통과 대역과 단일 Varicap을 사용하여 로컬 오실레이터를 모두 조정합니다.이는 비용을 절감하기 위한 것입니다. 탱크용과 발진기용 두 개의 이중 패키지, 총 4개의 다이오드를 사용할 수 있습니다.이것은 LA1851N AM 라디오 칩의 애플리케이션 데이터에 나타나 있습니다.FM 섹션에서 사용되는 2개의 저용량 듀얼 변수(약 100배 이상의 주파수로 작동)는 빨간색 화살표로 강조 표시됩니다.이 경우 탱크/밴드패스 필터용 듀얼 패키지와 로컬 오실레이터용 듀얼 패키지를 통해 4개의 다이오드가 사용됩니다.


고조파 곱셈

고조파 곱셈과 같은 일부 어플리케이션에서는 큰 신호 진폭 교류 전압이 바이캡 전체에 인가되어 의도적으로 신호 속도로 캐패시턴스를 변화시켜 필터링을 통해 추출되는 보다 높은 고조파를 생성한다.충분한 진폭의 사인파 전류가 바이캡에 의해 구동되면 그 전압이 보다 삼각형 모양으로 "피크"되어 홀수 고조파가 발생한다.

이 방법은 적절한 트랜지스터가 더 높은 주파수로 작동하기 전에 3~400MHz의 주파수에서 약 20W에서 1~5W의 중간 전력인 1~2GHz의 마이크로파 주파수를 생성하는 데 사용된 초기 방법입니다.이 기술은 여전히 100GHz – 1THz 범위에서 훨씬 더 높은 주파수를 생성하는 데 사용되며, 가장 빠른 GaAs 트랜지스터도 여전히 불충분합니다.

Varicap 다이오드의 대체품

모든 반도체 접합 소자는 그 효과를 나타내므로 정맥류로서 사용할 수 있지만, 그 특성은 제어되지 않고 배치마다 크게 다를 수 있다.

널리 사용되는 임시 정맥류에는 LED,[5] 1N400X 직렬 정류기 다이오드,[6] 쇼트키 정류기 및 콜렉터 베이스 접합부에 [7]역편향된 다양한 트랜지스터, 특히 2N2222 및 BC547이 [clarification needed]포함됩니다.AC 진폭을 작게 유지하는 한 트랜지스터의 이미터 베이스 접합을 역편향하는 것도 매우 효과적입니다.최대 역바이어스 전압은 일반적으로 눈사태 프로세스가 진행되기 전에 5~7V 사이입니다.접점 면적이 큰 고전류 디바이스는 캐패시턴스가 높은 경향이 있습니다.Philips BA102 varicap 및 공통 제너 다이오드인 1N5408은 접합 캐패시턴스에 관해 BA102가 특정 세트의 특성을 가지고 있으며(1N5408은 그렇지 않음) 1N5408의 "Q"가 작다는 점을 제외하고는 접합 캐패시턴스에서 유사한 변화를 보인다.

정맥류가 개발되기 전에는 모터 구동식 가변 콘덴서 또는 포화 노심 원자로가 VCO 및 제2차 세계대전 독일 스펙트럼 분석기와 같은 장비의 필터에서 전기적으로 제어 가능한 반응물로 사용되었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Sedra, Adel; Smith, Kenneth (2010). Microelectronic circuits (6th ed.). New York: Oxford University Press. p. 214. ISBN 9780195323030.
  2. ^ Calvert, James (15 February 2002). "Varactors". Dr Tuttle's Home Page. Retrieved 23 January 2017.
  3. ^ US 2989671, Barnes, Sanford H. & Mann, John E., 1958년 5월 23일 발행된 "전압 민감 반도체 캐패시터"는 Pacific Semiconductors, Inc.에 할당되어 1961년 6월 20일 발행되었습니다.
  4. ^ Varactor Circuits http://www.radio-electronics.com/info/data/semicond/varactor-varicap-diodes/circuits.php
  5. ^ LED는 Varicaps로 http://www.hanssummers.com/varicap/varicapled.html
  6. ^ 정류기 Diodes As Varicaps http://www.hanssummers.com/varicap/varicapdiode.html
  7. ^ John Linsley Hood (1993). The Art of Linear Electronics. Elsevier. p. 210. ISBN 978-1-4831-0516-1.

추가 정보

  • 모텐슨, 케네스 E.(1974년).가변 캐패시턴스 다이오드: RF 및 마이크로파 애플리케이션을 위한 가변 캐패시턴스 다이오드, 전하 스토리지 및 PIN 다이오드의 작동 및 특성화.데덤, 매사추세츠주:아르텍 하우스.
  • 펜필드, 폴과 라푸스, 로버트 P. (1962)Varactor 어플리케이션캠브리지, MIT 프레스

외부 링크

Wikimedia Commons에는 Varicaps 관련 미디어가 있습니다.