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Diodo varactor o diodo varicap

Diodo varactor o diodo varicap

Los diodos varactor o varicap se utilizan principalmente en circuitos de radiofrecuencia o RF para proporcionar capacitancia variable controlada por voltaje. Estos componentes electrónicos se pueden utilizar de diversas formas en las que un nivel de capacitancia necesita ser controlado por un voltaje.

Los diodos varactores no solo se pueden usar para el control analógico de un voltaje, como en un bucle de bloqueo de fase, sino que también se pueden usar junto con microprocesadores donde un voltaje se puede generar digitalmente y luego convertir a un voltaje analógico para controlar el diodo mediante el uso de un convertidor de digital a analógico, ADC.

De hecho, las aplicaciones de los diodos varactores son casi ilimitadas y se utilizan en una gran cantidad de circuitos diferentes para una variedad de usos de circuitos diferentes, para el diseño general de circuitos electrónicos y el diseño de RF.

Aunque se utilizan ambos nombres: varactor y diodo varicap, ambos son la misma forma de diodo. El nombre varactor significa reactor variable, o reactancia, y varicap significa capacitancia variable (vari-cap).

Aplicaciones del diodo varactor

Los diodos varactores se utilizan ampliamente en muchos diseños de RF. Proporcionan un método para variar la capacitancia dentro de un circuito mediante la aplicación de un voltaje de control. Esto les da una capacidad casi única y, como resultado, los diodos varactores se utilizan ampliamente en la industria de RF.

Aunque los diodos varactor o los diodos varicap se pueden usar en muchos circuitos diferentes, encuentran usos en dos áreas principales:

  • Osciladores controlados por voltaje, VCO: Los osciladores controlados por voltaje se utilizan en muchos diseños de RF diferentes. Un área importante es para el oscilador dentro de bucles bloqueados en fase. A su vez, estos se pueden utilizar como demoduladores de FM o dentro de sintetizadores de frecuencia. El diodo varactor es un componente clave dentro del oscilador controlado por voltaje.
  • Filtros de RF: El uso de diodos varactores permite ajustar los filtros. Es posible que se necesiten filtros de seguimiento en los circuitos de entrada del receptor, donde permiten que los filtros sigan la frecuencia de la señal recibida entrante. Nuevamente, esto se puede controlar usando un voltaje de control. Normalmente, esto se puede proporcionar bajo el control de un microprocesador a través de un convertidor de digital a analógico.
  • Moduladores de frecuencia y fase: Los diodos varactores se pueden utilizar en moduladores de frecuencia y fase. En los moduladores de frecuencia, se pueden colocar a través del elemento resonante dentro del generador y el audio se aplica al diodo. De esta manera, su capacitancia variará en línea con el audio, haciendo que la frecuencia de la señal se mueva hacia arriba y hacia abajo en línea con las variaciones de capacitancia y, por lo tanto, en línea con el audio.

    Para la modulación de fase, la señal de frecuencia fija se puede pasar a través de una red de desfase y el diodo incorporado en su interior. Nuevamente, el audio se aplica al diodo y esto hace que la fase cambie de acuerdo con las variaciones de audio.

En términos de los circuitos en los que se utilizan diodos varactores, estos incluyen dentro de los osciladores de bucles de fase bloqueada y, por tanto, muchos tipos de sintetizadores de frecuencia, dentro de filtros donde el control de la frecuencia del filtro necesita ser controlado digitalmente. Incluso se pueden utilizar en algunos tipos de circuitos multiplicadores de armónicos.

Operación de un condensador variable

La clave para comprender cómo funciona un diodo varactor o varicap es observar qué es un capacitor y qué puede cambiar la capacitancia. Como se puede ver en el diagrama a continuación, un capacitor consta de dos placas con un dieléctrico aislante entre ellas.

. la capacitancia y la cantidad de carga que se puede almacenar depende del área de las placas y la distancia entre ellas. .

La capacitancia del capacitor depende del área de las placas; cuanto mayor es el área, mayor es la capacitancia, y también la distancia entre ellas; cuanto mayor es la distancia, menor es el nivel de capacitancia.

Un diodo de polarización inversa no tiene corriente fluyendo entre el área de tipo P y el área de tipo N. La región de tipo N y las regiones de tipo P pueden conducir electricidad y pueden considerarse las dos placas y la región entre ellas: la región de agotamiento es el dieléctrico aislante. Este es exactamente el mismo que el condensador anterior.

Como con cualquier diodo, si se cambia la polarización inversa, también lo hace el tamaño de la región de agotamiento. Si el voltaje inverso en el varactor o diodo varicap aumenta, la región de agotamiento del diodo aumenta y si el voltaje inverso en el diodo varactor disminuye, la región de agotamiento se estrecha. Por lo tanto, cambiando la polarización inversa en el diodo es posible cambiar la capacitancia.

El diodo varactor tiene una curva de capacitancia no lineal: la capacitancia del diodo varactor es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del voltaje a través de él. Esto significa que los cambios iniciales en el voltaje inverso dan un cambio mucho mayor en la capacitancia que aquellos a voltajes más altos.

Símbolo de circuito varactor o varicap

El diodo varactor o diodo varicap se muestra en diagramas de circuito o esquemas usando un símbolo que combina los símbolos de diodo y capacitor. De esta forma, es obvio que se está utilizando como condensador variable en lugar de rectificador.

Cuando se opera en cualquier diseño de circuito electrónico, es necesario asegurarse de que el diodo varactor permanezca con polarización inversa. Esto significa que el cátodo será positivo con respecto al ánodo, es decir, el cátodo del varactor será más positivo que el ánodo. De esta forma, el varactor actuará como un condensador y no como un diodo en el circuito.

Circuito equivalente de diodo varactor

Como cualquier otro componente, un diodo varactor no es un capacitor perfecto, pero incluye varios elementos extraviados. Esto es cierto para un diodo varactor y, como resultado, es útil poder modelar el diodo como un circuito equivalente. El condensador y los elementos perdidos deben comprenderse y adaptarse dentro del diseño del circuito electrónico.

Se puede ver que hay varios elementos en el circuito equivalente del diodo varactor; los diferentes elementos del circuito representan los elementos principales que se ven cuando se usa el diodo.

Los diversos elementos son los siguientes:

  • CJ (V): Este elemento del diodo varactor representa la capacitancia real de la unión variable, que es el principal elemento requerido del diodo.
  • RS (V): Esta es la resistencia en serie dentro del diodo y varía según el voltaje aplicado.
  • CPAGS: Este elemento del circuito representa la capacitancia parásita, que surge principalmente de la capacitancia alrededor de la unión básica del diodo. Los cables de conexión dentro del paquete contribuyen a esto.
  • LPAGS: Esta capacitancia en serie surge principalmente de los cables de unión dentro del paquete de diodos varactores. Aunque pequeño, todavía se notará en circuitos de RF de alta frecuencia.

La resistencia en serie de los conductores del diodo es insignificante, especialmente porque el diodo opera en polarización inversa y los niveles de capacitancia son relativamente pequeños y, por lo tanto, la resistencia en serie tiene poco efecto.

Tipos de diodos varactores

Cuando se investigan diodos varactores de alto rendimiento para aplicaciones de RF específicas, a menudo se verán los términos diodos varactores abruptos e hiperabruptos.

Estos términos se relacionan con la unión y, por lo tanto, el rendimiento del diodo varactor: diodos hiperabruptos, como sugiere el nombre, que tienen un cambio muy brusco en el dopaje que produce una unión muy abrupta; de hecho, ¡es una unión hiperabrupta!


Especificaciones de varactor

Aunque el diodo varactor se forma a partir de una unión PN y tiene las mismas características básicas, existen algunas especificaciones y parámetros de características específicas que se necesitan para definir su rendimiento como una capacitancia variable.

Estas especificaciones incluyen el valor de capacitancia y el comportamiento de cambio de capacitancia-voltaje.

La característica de ruptura inversa también es de gran importancia porque a menudo se necesitan voltajes inversos bastante altos para reducir la capacitancia del diodo a los valores mínimos.

Otro parámetro que es muy importante es el factor de calidad o Q del diodo, ya que puede tener un impacto significativo en el rendimiento del circuito en general. Los niveles bajos de Q pueden reducir la selectividad de un filtro o afectar adversamente el ruido de fase de un oscilador usando un varactor.

Los diodos varactores son componentes muy útiles que se pueden utilizar de una gran variedad de formas, especialmente en circuitos de RF. Ser capaz de controlar la capacitancia dentro de un circuito variando un voltaje tiene muchos usos y ha permitido la creación de elementos como bucles de bloqueo de fase, sintetizadores de frecuencia indirecta, varios tipos de moduladores de frecuencia y fase y muchos otros circuitos.


Ver el vídeo: Electronica1: El diodo varicap (Diciembre 2020).