Варикапы и варикапные сборки: Параметры варикапов

К основным специальным параметрам варикапов относятся: коэффициент перекрытия по емкости (\(K_C\)), добротность (\(Q_в\)), температурные коэффициенты емкости и добротности (\(\alpha_C\), \(\alpha_Q\)), а также некоторые другие (см. таблицу 2.6-1).

Коэффициент перекрытия по емкости (\(K_C\)). Коэффициент перекрытия по емкости определяется как отношение максимальной емкости \(C_{max}\) варикапа к его минимальной емкости \(C_{min}\). (\(\newcommand{\slfrac}[2]{\left.#1\right/#2}K_C = \slfrac{C_{max}}{C_{min}}\)). Обычно \(K_C\) лежит в пределах 2...6, однако существуют приборы (в основном это варикапы с высокой начальной емкостью), у которых этот коэффициент превышает 15...20.

Добротность (\(Q_в\)). В общем случае добротность варикапа вычисляется как отношение полного реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте к сопротивлению потерь при заданном значении емкости или обратного напряжения. Т.е. добротность — это функция, зависящая как от приложенного к варикапу напряжения, так и от частоты сигнала в регулируемом контуре.

Полное реактивное сопротивление варикапа (как и любого типичного полупроводникового диода) выражается следующей формулой:

\(Z = R_п + \cfrac{R_ш}{\left( 1+ {\left( \omega C_б R_ш \right)}^2 \right)} – j \omega \cfrac{C_б {R^2}_ш}{\left( 1 + {\left( \omega C_б R_ш \right)}^2 \right)}\) ,

где:

\(R_п\) — сопротивление материала полупроводника, \(p\)-\(n\)-области и контакта (сопротивление потерь),

\(R_ш\) — сопротивление перехода и шунтирующих его утечек,

\(C_б\) — барьерная емкость перехода,

\(\omega\) — частота подаваемого на диод сигнала.

В области низких частот с учетом указанной формулы получим:

\(Q \gg \omega C_б R_п\) ,

а для высоких частот:

(\(\omega C_б R_ш \gg 1\))

\(Q \gg \cfrac{1}{\left( \omega C_б R_ш \right)}\).

Из приведенных соотношений видно, что добротность варикапа на низких частотах растет с увеличением частоты, а по достижении максимума \(\newcommand{\slfrac}[2]{\left.#1\right/#2}Q_{max} = \cfrac{\sqrt{\slfrac{R_ш}{R_п}}}{2}\) — уменьшается в области высоких частот.

Примеры зависимостей добротности от частоты и обратного напряжения для реального варикапа приведены на рис. 2.6‑2.

Рис. 2.6-2. Зависимости добротности варикапа КВ117А от частоты и от обратного напряжения

Температурные коэффициенты емкости (\(\alpha_C\)) и добротности (\(\alpha_Q\)). Емкость, а соответственно и добротность, варикапа зависит не только от приложенного обратного напряжения и частоты сигнала, но и от температуры прибора. Для описания этой зависимости служат специальные коэффициенты. Температурный коэффициент емкости (\(\alpha_C\)) определяется как отношение относительного изменения емкости варикапа к вызвавшему его абсолютному изменению температуры. Аналогично, температурный коэффициент добротности (\(\alpha_Q\)) — это отношение относительного изменения добротности варикапа к вызвавшему его абсолютному изменению температуры. В общем случае сами эти коэффициенты зависят от значения обратного напряжения, приложенного к варикапу.

Предельная частота варикапа (\(f_{пред в}\)). Значение частоты, на которой реактивная составляющая проводимости варикапа становится равной активной составляющей называется предельной частотой варикапа (\(f_{пред в}\)). Предельная частота может быть найдена по формуле: \(f_{пред в} = \cfrac{1}{2 \pi C_{пер} R_п}\). Измерение \(f_{пред в}\) производится при конкретных заданных обратном напряжении и температуре, которые в свою очередь зависят от типа варикапа.

Таб. 2.6-1. Специальные параметры варикапов