कैसे Varactor (Varicap) डायोड काम करते हैं

कैसे Varactor (Varicap) डायोड काम करते हैं

एक वैक्टर डायोड, जिसे वैरिकैप, वीवीसी (वोल्टेज-वैरिएबल कैपेसिटेंस या ट्यूनिंग डायोड) भी कहा जाता है, एक प्रकार का सेमीकंडक्टर डायोड है, जो डिवाइस के पक्षपाती होने पर इसके पी-एन जंक्शन पर एक वैरिएबल वोल्टेज पर निर्भर कैपेसिटेंस की सुविधा देता है।



रिवर्स बायस का मूल रूप से मतलब है जब डायोड एक विपरीत वोल्टेज के अधीन होता है, जिसका अर्थ है कैथोड पर एक सकारात्मक वोल्टेज, और एनोड पर नकारात्मक।

varicap या varactor डायोड वैरिकैप वैक्टर डायोड का प्रतीक

जिस तरह से एक वैक्टर डायोड संचालित होता है वह डायोड के पी-एन जंक्शन पर मौजूदा समाई पर निर्भर करता है, जबकि यह एक उलट पक्षपाती मोड में है।





इस हालत में हम जंक्शन के पी-एन पक्षों के पार स्थापित किए गए आरोपों का एक क्षेत्र पाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप जंक्शन के पार एक कमी क्षेत्र बन जाता है।

यह कमी क्षेत्र स्थापित करता है घटती चौड़ाई डिवाइस में, Wd के प्रतीक के रूप में।



उपरोक्त वर्णित अलग-थलग किए गए आरोपों के कारण समाई में संक्रमण, सूत्र का उपयोग करके पी-एन जंक्शन पर निर्धारित किया जा सकता है:

सीटी = ई। ए / डब्ल्यूडी

कहां है अर्धचालक सामग्रियों की पारगम्यता है, सेवा मेरे है पी-एन जंक्शन क्षेत्र, और डब्ल्यू कमी की चौड़ाई है।

यह काम किस प्रकार करता है

निम्नलिखित विवरण के साथ एक वैरिकैप या एक वैक्टर डायोड के मूल कार्य को समझा जा सकता है:

जब एक वर्टेकर या वैरिकैप डायोड को एक बढ़ती हुई रिवर्स पूर्वाग्रह क्षमता के साथ लागू किया जाता है, तो डिवाइस की कमी चौड़ाई में वृद्धि होती है, जिसके कारण इसके संक्रमण की क्षमता कम हो जाती है।

निम्नलिखित छवि एक वैक्टर डायोड की विशिष्ट विशेषताओं की प्रतिक्रिया को दर्शाती है।

वैरिकैप डायोड विशेषताओं

हम रिवर्स पूर्वाग्रह क्षमता में वृद्धि के जवाब में सीटी में प्रारंभिक प्रारंभिक गिरावट देख सकते हैं। आम तौर पर, एक चर वोल्टेज समाई डायोड के लिए लागू रिवर्स बायस वोल्टेज वीआर के लिए सीमा 20 वी तक सीमित है।

लागू रिवर्स बायस वोल्टेज के संबंध में, संक्रमण समाई सूत्र का उपयोग करके अनुमानित किया जा सकता है:

सीटी = के / / (वीटी + वीआर) एन

इस सूत्र में, K एक स्थिर है जिसका उपयोग सेमीकंडक्टर सामग्री के प्रकार और उसके रचनात्मक लेआउट द्वारा निर्धारित किया जाता है।

वीटी है घुटने की क्षमता , नीचे में वर्णित किया गया है:

वीआर डिवाइस पर लागू रिवर्स पूर्वाग्रह क्षमता की मात्रा है।

एन मिश्र धातु जंक्शन का उपयोग करके वैरिकाॅप डायोड के लिए मान 1/2 और विसरित जंक्शनों का उपयोग करके डायोड के लिए 1/3 हो सकता है।

एक पूर्वाग्रह वोल्टेज की अनुपस्थिति में या एक शून्य वोल्टेज पूर्वाग्रह पर, समाई (0) वीआर के कार्य के रूप में निम्न सूत्र के माध्यम से व्यक्त किया जा सकता है।

CT (VR) = C (0) / (1 + | VR / VT | एन

वैरिकैप इक्विलेंट सर्किट

निम्न चित्र में मानक चिन्ह (b) और एक समरूप डायोड के समरूप सर्किट (a) को दर्शाया गया है:

दाईं ओर का आंकड़ा एक वैरिकाॅप डायोड के लिए एक अनुमानित सिमुलेशन सर्किट प्रदान करता है।

डायोड होने के नाते और रिवर्स बायस्ड क्षेत्र में, समतुल्य सर्किट आरआर में प्रतिरोध काफी बड़ा (लगभग 1M ओम) दिखाया गया है, जबकि ज्यामितीय प्रतिरोध मूल्य रु काफी छोटा है। सीटी का मान 2 और 100 पीएफ के बीच भिन्न हो सकता है जो कि इस्तेमाल किए जाने वाले वैरिकैप के प्रकार पर निर्भर करता है।

यह सुनिश्चित करने के लिए कि मूल्य आरआर पर्याप्त रूप से बड़ा है, ताकि रिसाव चालू न्यूनतम हो सके, एक सिलिकॉन सामग्री को आम तौर पर एक वैरिकैप डायोड के लिए चुना जाता है।

चूंकि वैरिकैप डायोड को विशेष रूप से अत्यंत उच्च आवृत्ति अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है, इसलिए इंडक्शन एलएस को नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है, भले ही यह छोटे, नैनोहेनरीज में दिखाई दे।

इस छोटे से दिखने वाले इंडक्शन का प्रभाव काफी महत्वपूर्ण हो सकता है, और निम्नलिखित के माध्यम से साबित किया जा सकता है प्रतिक्रिया की गणना ।

XL = 2 tofL, आइए कल्पना करें, 10 GHz पर होने वाली आवृत्ति, और LS = 1 nH, एक XLS = 2 XLfL = (6.28) (10) में उत्पन्न होगा१०हर्ट्ज) (10)-9एफ) = 62.8 ओम। यह बहुत बड़ा दिखता है, और इसमें कोई संदेह नहीं है कि यही कारण है कि वैरिकैप डायोड को एक सख्त आवृत्ति सीमा के साथ निर्दिष्ट किया जाता है।

यदि हम मानते हैं कि आवृत्ति रेंज उचित है, और आरएस, एक्सएलएस के मान अन्य श्रृंखला तत्वों की तुलना में कम हैं, तो ऊपर संकेतित समतुल्य सर्किट बस एक चर संधारित्र के साथ प्रतिस्थापित किया जा सकता है।

वर्सिकाप या वैक्टर डिओड की डेटशीट को समझना

एक विशिष्ट वैरिकाॅप डायोड की पूरी डेटशीट का अध्ययन निम्नलिखित आकृति से किया जा सकता है:

उपरोक्त आंकड़े में C3 / C25 का अनुपात, समाई स्तर के अनुपात को प्रदर्शित करता है जब डायोड को 3 से 25 V के बीच एक रिवर्स पूर्वाग्रह क्षमता के साथ लागू किया जाता है। अनुपात हमें बदलाव के स्तर के बारे में त्वरित संदर्भ प्राप्त करने में मदद करता है। लागू रिवर्स बायस क्षमता के संबंध में समाई।

आकड़ों की योग्यता क्यू एक आवेदन के लिए डिवाइस को लागू करने के लिए विचार की सीमा प्रदान करता है, और यह प्रति चक्र कैपेसिटिव डिवाइस द्वारा ऊर्जा के अनुपात में ऊर्जा के खो जाने या प्रति चक्र के विघटित होने की दर भी है।

चूंकि ऊर्जा का नुकसान ज्यादातर एक नकारात्मक विशेषता के रूप में माना जाता है, अनुपात के सापेक्ष मूल्य जितना अधिक होता है, उतना ही बेहतर होता है।

डेटाशीट में एक और पहलू वैरिकैप डायोड की गुंजायमान आवृत्ति है। और यह सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

fo = 1/2 =LC

यह कारक वैरिकाॅप डायोड की अनुप्रयोग सीमा तय करता है।

समाई तापमान गुणांक

उपरोक्त ग्राफ का जिक्र करते हुए, समाई तापमान गुणांक निम्नलिखित फार्मूले का उपयोग करके एक वैरिकाज़ डायोड का मूल्यांकन किया जा सकता है:

जहां anceC एक विशिष्ट रिवर्स पूर्वाग्रह क्षमता के लिए (T1 - T0) द्वारा दर्शाए गए तापमान में परिवर्तन के कारण डिवाइस के समाई में भिन्नता को दर्शाता है।

उदाहरण के लिए उपरोक्त डेटाशीट में, यह VR = 3 V और T0 = 25 डिग्री सेल्सियस के साथ C0 = 29 pF दिखाता है।

उपरोक्त डेटा का उपयोग करके हम केवल नए तापमान T1 मान और ग्राफ से TCC (0.013) को प्रतिस्थापित करके वैरिकाॅप डायोड की धारिता में परिवर्तन का मूल्यांकन कर सकते हैं। नए वीआर होने से, टीसीसी मूल्य के अनुसार अलग-अलग होने की उम्मीद की जा सकती है। वापस डेटशीट का हवाला देते हुए, हम पाते हैं कि अधिकतम आवृत्ति 600 मेगाहर्ट्ज होगी।

इस आवृत्ति मान का उपयोग करते हुए, वैरिकैप के प्रतिक्रिया एक्सएल की गणना इस प्रकार की जा सकती है:

XL = 2 600fL = (6.28) (600 x 10)१०हर्ट्ज) (2.5 x 10)-9एफ) = 9.42 ओम

परिणाम एक परिमाण है जो अपेक्षाकृत छोटा है और इसे अनदेखा करना स्वीकार्य है।

वैरिकैप डायोड का अनुप्रयोग

कम समाई चश्मा द्वारा निर्धारित एक वैक्टर या वैरिकैप डायोड के उच्च आवृत्ति अनुप्रयोग क्षेत्रों के कुछ समायोज्य बैंडपास फिल्टर, स्वचालित-आवृत्ति-नियंत्रण उपकरण, पैरामीट्रिक एम्पलीफायरों और एफएम मॉड्यूलेटर हैं।

नीचे दिया गया उदाहरण एक ट्यूनिंग सर्किट में कार्यान्वित वैरिकाॅप डायोड दिखाता है।

सर्किट में L-C टैंक सर्किट का एक संयोजन होता है, जिसकी प्रतिध्वनि आवृत्ति द्वारा निर्धारित की जाती है:

fp = 1 / 2π√LC'T (एक उच्च-क्यू प्रणाली) एक C'T स्तर = CT + Cc है, जिसे लागू रिवर्स-बायस संभावित VDD द्वारा स्थापित किया गया है।

युग्मन संधारित्र सीसी, एल 2 के लगाए गए पूर्वाग्रह वोल्टेज की शॉर्टिंग प्रवृत्ति के खिलाफ आवश्यक सुरक्षा सुनिश्चित करता है।

ट्यून्ड सर्किट के अभिप्रेत आवृत्तियों को बाद में आगे के प्रवर्धन के लिए उच्च-इनपुट प्रतिबाधा एम्पलीफायर में स्थानांतरित करने की अनुमति है।




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