Памятка по использованию варикапов

6 сентября 2021

Подача на диод обратного напряжения приводит к изменению барьерной емкости PN-перехода. Это позволяет использовать диоды в качестве переменных конденсаторов, управляемых напряжением. Диоды, оптимизированные под такую задачу, называются варикапами или варакторами (varicap, varactor, tuning diode). При работе с варикапами нужно учитывать ряд нюансов, о которых и будет рассказано ниже.

Часто используют пару варикапов по следующей схеме:

Двойной варикап и его эквивалентная схема

Слева показана сама схема, а справа — чему она эквивалентна.

D1 можно заменить конденсатором фиксированной емкости. Однако это приведет к сужению диапазона возможных емкостей. Популярным среди радиолюбителей двойным варикапом с общим катодом является MV104. Компонент имеет корпус TO-92, и его не составляет труда найти на eBay. Из чего-то, что продается в Чип-и-Дипе, можно порекомендовать отечественный варикап КВ109А.

В принципе, ничто не мешает использовать обычные диоды в роли варикапов. Например, пара 1N4007 меняет свою емкость в интервале примерно 5-10 пФ при изменении управляющего напряжения (Vc) от 1 до 14 В. Варикапы обеспечивают в 3+ раз больший интервал. Но с тем же успехом можно соединить несколько 1N4007 в параллель.

Одна из проблем как с варикапами, так и с обычными диодами, заключается в нелинейной зависимости емкости от управляющего напряжения. Так, например, эта зависимость выглядит у MV104:

Зависимость емкости от напряжения у двойного варикапа MV104

Если нужна примерно линейная зависимость, то придется использовать только часть графика. У пары КВ109А график качественно такой же, только емкость меняется где-то от 4 до 27 пФ.

Управляющее напряжение на практике не используют ниже 1-2 В. Обычно варикапы применяют в схемах, где присутствует ВЧ сигнал. Путь сигнал небольшой, например, -20 dBm, или около 0.06 В размаха в нагрузку 50 Ом. Теперь посмотрим на график и подумаем, что будет с емкостью варикапа при подаче управляющего напряжения 0.5±0.03 В.

У варикапов есть еще одна проблема. Она заключается в зависимости емкости от температуры. Если нагреть варикап зажигалкой, то его емкость меняется примерно на 2-3%. Большая это проблема или нет, определяется решаемой задачей.

Варикапы не лишены недостатков. Но есть и свои плюсы. К ним относятся малые вес, размер и цена, а также управление при помощи напряжения, а не механически. Поэтому варикапы находят применение как в устройствах промышленного производства, так и в радиолюбительских схемах. Некоторые такие схемы будут рассмотрены в будущих постах.

Дополнение: Практический пример использования варикапов вы найдете в посте Кварцевый фильтр с изменяемой полосой.

Метки: .