Dioda Varicap Dijelaskan: Panduan Komprehensif untuk Profesional Elektronika

Sirkit elektronik biasanya terdiri dari resistor, kapasitor, trafo, dioda, transistor, dll. Sekarang, kami akan memperkenalkan jenis dioda khusus. Dioda varicap menawarkan aplikasi yang berguna di industri elektronika, menyediakan kapasitansi yang dikontrol tegangan. Plus, mereka mengontrol tingkat tegangan dalam loop terkunci fase.

Ini dapat diintegrasikan pada semua jenis sirkit penyesuaian dan sirkit frekuensi RF. Jadi mari kita lihat! Memahami tujuan dan proses operasionalnya dapat terasa membingungkan. Oleh karena itu, kami menyatukan panduan ini untuk membantu Anda mendapatkan lebih banyak pengetahuan tentang subjek tertentu ini.

(Gambar yang menunjukkan dioda varicap. Sumber: Wikimedia Commons)

1.     Apa Itu Dioda Varicap?

Dioda varicap (kapasitansi variabel) adalah semikonductor unik, juga dikenal sebagai varactor atau dioda penyesuaian. Ia menyediakan kemampuan eksploitasi kapasitansi yang bergantung pada tegangan pada junc p-n perangkat dalam bias terbalik.

2.     Jenis dan Aplikasi Dioda Varicap

Di bawah ini, kami akan membahas berbagai jenis dioda varicap. Kami juga mengeksplorasi beberapa aplikasi komponen ini.

Jenis

Hyper abrupt

 Dioda varactor hyperabrupt menyediakan kapasitansi yang lebih tinggi untuk variasi tegangan. Ia juga beroperasi dengan tegangan rendah.

Abrupt

Jenis paling umum, dioda varactor abrupt, terdiri dari konsentrasi dopant konstan. Dalam kasus ini, juncnya mengalami profil dopant yang dikontrol selama proses manufaktur. Selain itu, kapasitansi tetap berbanding terbalik dengan tegangan yang diterimanya.

Aplikasi

RF filters:

Dioda varicap aktual juga dapat memberikan kemampuan penyesuaian filter. Ini secara sesuai melibatkan penerima penerima tracking di sirkit front-end, yang memungkinkan mereka memantau sinyal masuk. Kemudian, tegangan yang dikontrol mengatur fungsionalitas ini melalui konverter digital ke analog.

Voltage-controlled oscillators (VCO):

Berbagai konfigurasi RF mencakup osilator yang dikontrol tegangan dengan dioda varactor, komponen yang sangat krusial. Operasi utama osilator ini terutama melibatkan phased locked loops. Dengan alasan ini, ini menyediakan aplikasi untuk synthesizer frekuensi atau demodulator FM.

(Synthesizer berisi VCO, yang menggunakan dioda varicap)

Modulator frekuensi dan fasa juga menggunakan dioda varicap. Modulator frekuensi biasanya mengintegrasikan ini di seluruh resonansi listrik di generator, yang memungkinkan dioda menerima audio. Akibatnya, kapasitansi akan setara dengan audio. Ini memicu sinyal frekuensi untuk bergerak naik dan turun, mencocokkan variasi kapasitansi dalam keadaan tersebut.

Dalam modulator fasa, dioda varicap diintegrasikan ke dalam jaringan pergeseran fasa, di mana sinyal frekuensi mengalir. Dioda menerima audio, menyebabkan fasa sinkron dengan variasi audio.

3. Prinsip Kerja Dioda Varicap

Diagram rangkaian dioda varicap:

(Gambar yang menunjukkan dioda varicap pada rangkaian. Sumber: Wikimedia Commons)

Simbol rangkaian dioda variabel:

Melihat simbol skematik dioda variabel di bawah ini, Anda akan melihat bahwa ia memiliki karakteristik yang serupa dengan dioda junc PN. Itu karena dioda varicap memiliki terminal anoda dan katoda. Anda akan menemukan dioda ditempatkan di satu ujung simbol. Sementara itu, ujung yang berlawanan berisi dua garis paralel untuk melambangkan plat konduktif kapasitor. Akhirnya, ruang di antara kedua plat tersebut mewakili dielectric isolator.

(Simbol rangkaian dioda variabel. Sumber: Wikimedia Commons)

Formula:

Tiga parameter mempengaruhi kapasitansi dioda varicap. Mereka meliputi penampang junc PN (A), semiconductor (Ɛ), dan lebar wilayah depleksi (d). Misalnya, Anda akan menemukan ini direpresentasikan dalam rumus di bawah ini:

Prinsip kerja:

Kita perlu melihat kapasitor untuk memahami prinsip kerja dioda varicap. Secara umum, kapasitor terdiri dari dua plat logam konduktif dengan dielectric isolator yang ditempatkan di antara keduanya. Wilayah P-type dan N-type dioda varicap berfungsi sebagai plat konduktif, sementara wilayah depleksi mewakili dielectric. Karena struktur dan desain yang serupa dengan kapasitor, dioda menghasilkan kapasitansi.

(Dioda varicap memiliki fitur serupa dengan kapasitor)

Kapasitansi meningkat jika konstanta dielectric meningkat atau kedua plat memiliki jarak yang lebih pendek di antara mereka. Namun, jarak yang lebih besar di antara keduanya atau penurunan konstanta dielectric menghasilkan penurunan kapasitansi. Pada saat yang sama, kapasitansi dioda varactor berbanding lurus dengan wilayah penampang junc. Dan berbanding terbalik dengan lebar wilayah depleksi. Jadi, perubahan kapasitansi terjadi karena penyesuaian lebar wilayah depleksi.

Oleh karena itu, dioda varicap dalam bias terbalik akan menyebabkan perubahan wilayah depleksi. Untuk memulai, wilayah akan melebar saat bias terbalik meningkat. Secara efektif, ruang di antara wilayah N-type dan P-type tumbuh, yang mengurangi kapasitansi. Menurunkan bias terbalik akan menyebabkan wilayah depleksi menyempit. Akibatnya, jarak di antara wilayah N-type dan P-type akan sempit, meningkatkan kapasitansi. Oleh karena itu, penerapan tegangan bias terbalik yang berbeda pada dioda varicap mengubah kapasitansi.

(Gambar yang menunjukkan efek peningkatan dan penurunan kapasitansi. Sumber: Wikimedia Commons)

Operasi Dasar:

Dioda varicap pada dasarnya menyimpan muatan listrik. Dalam hal ini, komponen ini umumnya berfungsi dalam bias terbalik. Penerapan tegangan bias terbalik akan menyebabkan elektron wilayah n-region dan lubang wilayah p-region terpisah dari junc perangkat.

 4. Rangkaian ekivalen dioda varicap

Dioda varicap biasanya berisi beberapa komponen utama, yang dapat membantu saat merancang rangkaian ekivalen dioda.

Elemen stray yang berbeda meliputi:

• Rs (V): Ini berfungsi sebagai resistansi seri untuk dioda. Ia berbeda tergantung pada tegangan yang diterima.
• CJ (V): Aspek yang digunakan di sini menampilkan kapasitansi junc variabel. Ini juga berfungsi sebagai elemen utama dioda.
• LP: Kawat ikatan di dioda varicap menyebabkan peningkatan kapasitansi seri.
• CP: Ini mewakili kapasitansi parasit. Kawat penghubung di dioda akan menyebabkan peningkatan kapasitansi parasit di sekitar juncnya.

5. Koefisien suhu kapasitor

Anda dapat menghitung koefisien suhu kapasitansi dioda varicap dengan rumus di bawah ini:

Nilai ΔC mewakili perubahan kapasitansi perangkat karena variasi suhu (T1 – T0) selama bias terbalik. Misalnya, kita akan melihat nilai di mana C₀ sama dengan 29 pF dengan VR 3V dan T₀ pada 25. Kemudian, kita menghitung perubahan kapasitansi dioda varicap. Dengan nilai VR, TC_C akan bervariasi. Akibatnya, frekuensi maksimum ditetapkan pada 600MHz. Anda kemudian dapat menghitung reaktansi dioda varicap dengan rumus:

Kesimpulan

Seperti yang sudah kita ketahui, dioda varicap berfungsi sebagai komponen yang berguna pada sirkit elektronik dan RF.  Selain itu, perangkat ini memiliki fitur serupa dengan kapasitor, menunjukkan bagaimana ia meningkatkan atau mengurangi kapasitansi melalui variansi tegangan bias terbalik. Kami juga melihat beberapa aplikasinya, termasuk filter RF, VCO, dan modulator frekuensi & fasa. Secara umum, ada dua jenis dioda varactor yang ada saat ini, abrupt dan hyper abrupt. Setiap satu melayani tujuan uniknya untuk kapasitansi.

Apakah Anda memiliki pertanyaan mengenai dioda varicap? Jangan ragu untuk menghubungi kami!