3.4 Δίοδος μεταβλητής χωριτικοτητας (Varicap < Varactor)
Όπως αναφέρθηκε στην παράγραφο 3.1.2, η περιοχή απογύμνωσης μιας διόδου επαφής ΡΝ αποτελεί ένα πυκνωτή με "οπλισμούς" τα δύο τμήματα της περιοχής τύπου Ρ και Ν που περιέχουν αρνητικά και θετικά φορτία αντίστοιχα. Η χωρητικότητα CT του πυκνωτή αυτού εξαρτάται από τη διατομή S της διόδου, το μήκος L της περιοχής απογύμνωσης και το διηλεκτρικό ε, σύμφωνα με τη σχέση (3.4.1):
Αποδεικνύεται ότι η χωρητικότητα CT μεταβάλλεται αντιστρόφως ανάλογα της τιμής της εξωτερικής τάσης που εφαρμόζεται στα άκρα της διόδου, όταν συνδεέται σε ανάστροφη πόλωση, σύμφωνα με τη σχέση (3.4.2) και το σχήμα 3.4.1.
Η δίοδος αυτή ονομάζεται δίοδος μεταβλητής χωρητικότητας < δίοδος Βάρικαπ (Varicap) < Varactor.
Εάν δεν υπάρχει εξωτερική τάση (VR =0), η σχέση (3.4.2) γράφεται:
Αντικαθιστώντας την τιμή του Κ η σχέση (3.4.2) γράφεται:
η σχέση (3.4.4) δίνει την τιμή της χωρητικότητας με εξωτερική (ανάστροφη) τάση, συναρτήσει της αρχικής τιμής χωρίς εξωτερική τάση και του λόγου των τάσεων πηγής και φραγμού.
Παράδειγμα 3.4.1
Δίνεται η χωρητικότητα χωρίς εξωτερική τάση μιάς διόδου
Varicap, CT(0) = 1,6pF. Να ευρεθεί η χωρητικότητα της διόδου όταν
η εφαρμοζόμενη στα άκρα τάση της είναι 24 φορές μεγαλύτερη από το φραγμό δυναμικού της.
Η δίοδος Varicap συμβολίζεται με ένα βέλος
στην άνοδο και με ένα πυκνωτή στην Κάθοδο που δείχνει ότι η δίοδος είναι ένας μεταβλητός πυκνωτής (σχήμα 3.4.2). Το ισοδύναμο κύκλωμα της διόδου Varicap αποτελείται από μια αντίσταση RS που είναι η αντίσταση ορθής πόλωσης, σε σειρά με την παράλληλη συνδεσμολογία της μεταβλητής χωρητικότητας CT και της αντίστασης ανάστροφης φοράς ή ανάστροφης πόλωσης RR. Η τιμή της RS είναι πολύ μικρή (μερικά Ώμ), η τιμή της RR είναι της τάξης των ΜΩ ενώ η τιμή της CT κυμαίνεται από 1 έως και 200 pF.
Στον πίνακα 3.4.1 περιγράφονται ορισμένα χαρακτηριστικά διόδων Varicap του εμπορίου:
Πίνακας 3.4.1 Varicap εμπορίου
Η δίοδος Varicap εφαρμόζεται στη διαμόρφωση σήματος κατά F.M. καθώς και σε άλλες τηλεπικοινωνιακές τεχνικές για την επιλογή συχνότητας . Σ' ένα συντονιζόμενο κύκλωμα LC, η συχνότητα συντονισμού δίδεται από τη σχέση (3.4.5)
Όταν μεταβάλλεται η χωρητικότητα, μεταβάλλεται και η συχνότητα του συντονισμένου κυκλώματος. Όταν δε η χωρητικότητα μεταβάλλεται αντιστρόφως ανάλογα με μια μεταβαλλόμενη τάση, τότε και η συχνότητα συντονισμού ακολουθεί με τρόπο ανάλογο την μεταβολή της τάσης. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται στη μετάδοση ακουστικού σήματος με διαμόρφωση κατά συχνότητα (F.M.). Με τον ίδιο τρόπο επιλέγεται η συχνότητα συντονισμού ενός ραδιοφωνικού ή τηλεοπτικού δέκτη.
Η ευαισθησία των δεκτών αυτών είναι πολύ μεγάλη και για μικρή μεταβολή της χωρητικότητας υπάρχει μεγάλη μεταβολή της συχνότητας και αντίστροφα. Αποδεικνύεται ότι για μεταβολή της συχνότητας κατά Δί, η χωρητικότητα θα μεταβληθεί κατά ΔC όπου:
Παράδειγμα 3.4.2
Ένα συντονισμένο κύκλωμα σε συχνότητα f=100 MHz αποτελείται από πηνίο και πυκνωτή χωρητικότητας C=75pF. Να υπολογισθεί η μεταβολή της χωρητικότητας , ώστε το κύκλωμα να συντονίζεται σε άλλη συχνότητα με απόκλιση 80 KHz από την αρχική.
