Diode Varicap :Le guide ultime pour les passionnés d'électronique

Les circuits électroniques sont généralement constitués de résistances, de condensateurs, de transformateurs, de diodes, de transistors, etc. Nous allons maintenant introduire un type de diode spécial. Les diodes varicap présentent des applications utiles dans l'industrie électronique, fournissant une capacité contrôlée en tension. De plus, ils contrôlent les niveaux de tension dans une boucle à verrouillage de phase.

Ceux-ci peuvent s'intégrer sur tous types de circuits d'accord et de circuits RF de fréquence. Alors jetons un œil ! Comprendre son objectif et le processus opérationnel peut sembler déroutant. Par conséquent, nous avons élaboré ce guide pour vous aider à acquérir plus de connaissances sur ce sujet particulier.

(Image montrant une diode varicap. Source :Wikimedia Commons)

1. Qu'est-ce qu'une diode varicap ?

Une diode variée (capacité variable) est un semi-conducteur unique, également appelé varactor ou diode d'accord. Il fournit des capacités d'exploitation de capacité dépendant de la tension sur la jonction p-n de l'appareil en polarisation inverse.

2. Type de diode varicap et application

Ci-dessous, nous discuterons des différents types de diodes varicap. Nous avons également exploré certaines des applications du composant.

Types

Hyper abrupt

Les diodes varactor hyperabruptes fournissent une capacité plus élevée pour la variation de tension. Il fonctionne également en basse tension.

Brusque

Le type le plus courant, les diodes varactor abruptes, consiste en une concentration de dopage constante. Dans ce cas, sa jonction subit un profil de dopage, contrôlé lors du processus de fabrication. De plus, la capacité reste inversement proportionnelle à la tension qu'elle reçoit.

Candidature

Filtres RF :

Les diodes varicap réelles peuvent également fournir des capacités de réglage du filtre. Il s'agit donc d'implémenter des récepteurs de poursuite dans des circuits frontaux, leur permettant de surveiller les signaux entrants. Ensuite, une tension contrôlée régule cette fonctionnalité via un convertisseur numérique-analogique.

Oscillateurs commandés en tension (VCO) :

Diverses configurations RF incluent des oscillateurs commandés en tension avec la diode varactor, un composant particulièrement crucial. Le fonctionnement principal des oscillateurs passe notamment par des boucles à verrouillage de phase. Pour cette raison, ceux-ci fournissent des applications pour les synthétiseurs de fréquence ou les démodulateurs FM.

(Les synthétiseurs contiennent un VCO, qui utilise une diode varicap)

Les modulateurs de fréquence et de phase utilisent également des diodes varicap. Les modulateurs de fréquence les intègrent généralement à travers la résonance électrique dans le générateur, permettant à la diode de recevoir de l'audio. En conséquence, la capacité s'alignera avec l'audio. Cela déclenche le signal de fréquence pour monter et descendre, correspondant aux variations de capacité dans ces circonstances.

Dans les modulateurs de phase, une diode varicap s'intègre dans le réseau de déphasage, dans lequel circule un signal de fréquence. La diode reçoit l'audio, ce qui synchronise la phase avec les variations audio.

3. Principe de fonctionnement de la diode Varicap

Schéma du circuit de la diode varicap :

(Image montrant une diode varicap sur un circuit. Source :Wikimedia Commons)

Symbole de circuit à diode variable :

En regardant le symbole schématique de la diode variable ci-dessous, vous verrez qu'il contient des caractéristiques similaires à celles d'une diode à jonction PN. C'est parce que la diode varicap comporte une anode et une borne de cathode. Vous trouverez la diode positionnée à une extrémité du symbole. Pendant ce temps, l'extrémité opposée contient deux lignes parallèles pour symboliser les plaques conductrices du condensateur. Enfin, l'espace entre ces deux plaques représente le diélectrique isolant.

(Symbole de circuit à diode variable. Source :Wikimedia Commons)

Formule :

Trois paramètres affectent la capacité de la diode varicap. Ils comprennent la section transversale de la jonction PN (A), le semi-conducteur (Ɛ) et la largeur de la région d'appauvrissement (d). Par exemple, vous trouverez cela représenté dans la formule ci-dessous :

Principe de fonctionnement :

Nous devrons examiner un condensateur pour comprendre le principe de fonctionnement de la diode varicap. Les condensateurs contiennent généralement deux plaques métalliques conductrices avec un diélectrique isolant placé entre les deux. Les régions de type P et de type N d'une diode varicap servent de plaques conductrices, tandis que la région d'appauvrissement représente le diélectrique. En raison de sa construction et de sa conception similaires à celles d'un condensateur, la diode produit une capacité.

(Une diode varicap contient des caractéristiques similaires à celles d'un condensateur)

La capacité augmente si la constante diélectrique augmente ou si les deux plaques ont une distance plus courte entre elles. Cependant, une plus grande distance entre les deux ou une constante diélectrique décroissante entraîne une diminution de la capacité. Dans le même temps, la capacité d'une diode varactor est proportionnelle à la région de section transversale de la jonction. Et c'est inversement proportionnel à la largeur de la région d'appauvrissement. Ainsi, des changements de capacité se produisent en raison de l'ajustement de la largeur de la région d'appauvrissement.

Par conséquent, une diode varicap en polarisation inverse provoquera par conséquent des changements de région d'appauvrissement. Pour commencer, la région s'élargira une fois que le biais inverse augmentera. En effet, l'espace entre le type N et le type P augmente, ce qui réduit la capacité. La diminution de la polarisation inverse entraînera un resserrement de la région d'appauvrissement. En conséquence, la distance entre les régions de type N et de type P se raccourcira, augmentant la capacité. Par conséquent, l'application d'une tension de polarisation inverse différente sur la diode varicap modifie la capacité.

(Image démontrant les effets de l'augmentation et de la diminution de la capacité. Source :Wikimedia Commons)

Fonctionnement de base :

La diode varicap stocke essentiellement la charge électrique. Dans ce cas, ces composants fonctionnent généralement en polarisation inverse. L'application d'une tension de polarisation inverse entraînera la séparation des électrons de la région n et des trous de la région p de la jonction de l'appareil.

4. Circuit équivalent à diode varicap

Une diode varicap contient généralement plusieurs composants principaux, ce qui peut aider lors de la conception d'un circuit équivalent à diode.

Les différents éléments parasites incluent :

• Rs (V) :Cela sert de résistance série pour la diode. Il diffère en fonction de la tension reçue.
• CJ (V) :l'aspect utilisé ici montre la capacité de jonction variable. Il sert également d'élément principal de la diode.
• LP :la liaison des fils dans la diode varicap entraîne une augmentation de la capacité série.
• CP :Cela représente la capacité parasite. La connexion de fils dans la diode entraînera une augmentation de la capacité parasite autour de sa jonction.

5. Le coefficient de température du condensateur

Vous pouvez calculer la température du coefficient de capacité de la diode varicap avec la formule ci-dessous :

La valeur ΔC représente les changements de capacité de l'appareil dus aux variations de température (T1 - T0) pendant la polarisation inverse. Par exemple, nous allons regarder une valeur où C₀ équivaut à 29 pF avec un VR de 3 V et T₀ à 25. Ensuite, nous calculons les changements de capacité de la diode varicap. Avec la valeur VR, le TC_C variera. En conséquence, la fréquence maximale est fixée à 600 MHz. Vous pouvez ensuite calculer la réactance de la diode varicap avec la formule :

Conclusion

Comme nous le savons déjà, les diodes varicap servent de composant utile sur les circuits électroniques et RF. De plus, ce dispositif contient des caractéristiques similaires à celles d'un condensateur, démontrant comment il augmente ou diminue la capacité grâce à une variance de tension de polarisation inverse. Nous avons également examiné certaines de ses applications, notamment les filtres RF, les VCO et les modulateurs de fréquence et de phase. Généralement, deux types de diodes varactor existent aujourd'hui, abruptes et hyper abruptes. Chacun sert son objectif unique pour la capacité.

Vous avez des questions concernant une diode varicap ? N'hésitez pas à nous contacter !