«Варикапы» по дисциплине

Функциональные зависимости параметров варикапов

Зависимость номинальной емкости от приложенного на­пряжения, температуры и частоты. В зависимости от наз­начения варикапов величина их номинальной емкости может быть в пределах от нескольких пикофарад до нескольких тысяч пикофарад. При изготовлении варикапов требуемую величину номинальной емкости, как правило, получают подбором площади р-п перехода. Зависимость емкости варикапа от приложенного напряжения определяется тех­нологией изготовления р-п перехода.
При создании варикапов, предназначенных для пере­стройки резонансной частоты контура в широких пределах, обычно используется сплавной метод получения p-n перехо­да. Когда допускается меньшая крутизна вольтфарадной характеристики, как правило, применяют диффузионный ме­тод получения р-п перехода. Специальным распределением концентрации примесей вблизи р-n перехода можно полу­чить более резкую зависимость емкости от приложенного напряжения. В этом случае величина n в формуле (4) на­ходится в пределах (3≥n≥ 0,7). Однако такие варикапы имеют низкие рабочие напряжения, очень сложны в изго­товлении, а величина n у них существенно отличается от образца к образцу.
Из анализа формул, определяющих величину емкости р-п перехода, следует, что при изменении температуры более всего меняется величина контактной разности потен­циалов. Поскольку влияние разности потенциалов сказы­вается тем сильнее, чем меньше величина приложенного к варикапу напряжения, то, очевидно, ТКЕ варикапа будет увеличиваться с уменьшением внешнего приложенного напряжения. Обычно величина ТКЕ при напряжении 4 В составляет , а при напряжении 40 В не превышает . Емкость перехода практически не зависит от частоты в диапазоне частот от нескольких килогерц до тысяч мегагерц. Однако измене­ние элементов эквивалентной схемы в диапазоне частот мо­жет привести к изменению эквивалентной емкости вари­капа.
Величина номинальной добротности варикапа, ее зави­симость от приложенного напряжения, температуры, час­тоты. Величина добротности варикапов, как видно из формул (8) и (9), сильно зависит от частоты. При изменении частоты величина добротности варикапа достигает максиму­ма на частотах 1 — 30 МГц (рис. 8), после чего начи­нает уменьшаться.


В связи с увеличением удельного сопротивления полупроводникового материала, в частности, кремния, при повыше­нии температуры растет величина  . Как правило, в диапа­зоне рабочих частот варикапов величина добротности опре­деляется формулой (7), и поэтому при повышении темпе­ратуры добротность ухудшается (рис. 9).
При увеличении приложенного к варикапу напряжения его добротность улучшается. Это объясняется уменьшением емкости (см. (7)) и последовательного сопротивления  . Величина  зависит от толщины базы w, которая уменьшает­ся с расширением области объемного заряда d, и, следова­тельно, сопротивление  также уменьшается.
Таким образом, если необходимо иметь более высокую добротность варикапа, надо подавать на него большие на­пряжения.
Измерение величины номинальной добротности варикапа производится обычно в условиях комнатной температуры при подаче на него переменного напряжения с амплитудой 50 мВ, имеющего частоту 50 МГц для варикапов УКВ диапазона с номинальной емкостью 5 — 50 пФ и 10 МГц для варикапов КБ диапазона с номинальной емкостью 100 — 500 пФ.
Большинство типов варикапов УКВ диапазона имеют номинальную добротность 25 — 30, у лучших типов она составляет 80 —100, у некоторых групп равна 150 — 200.
Величина добротности варикапа не может быть сколь угодно большой.

Действительно, положим сопротивление контакта бесконечно малым, тогда зависит от удельного сопротивления исходного материала р, толщинs базы w и площади р-n перехода. Величина р определена за­данным рабочим напряже­нием, а площадь р-п пе­рехода ограничена требуемым значением номинальной емкости. Таким образом, единственным способом повыше­ния добротности при заданных рабочем напряжении и номи­нальной емкости является уменьшение толщины базы. Однако толщину базы нельзя сделать меньше ширины области объемного заряда — Поэтому при минимальном рабочем напряжении величину легко найти из формул (1), (3). Если учесть технологический запас, то окажется, что величина номинальной добротности кремниевых варикапов, емкость которых пропорциональна , не превышает 350 — 250 при рабочих напряжениях 80— 100 в.