Τι είναι μια δίοδος Varactor;

Μια δίοδος varactor, που συνήθως αναφέρεται ως varicap, είναι μια ηλεκτρονική συσκευή ημιαγωγών πολύ στενά συνδεδεμένη με μια τυπική δίοδο, αλλά με ορισμένες δυνατότητες παρόμοιες με έναν πυκνωτή. Η διαφορά μεταξύ ενός varactor και μιας τυπικής διόδου είναι ότι μια τυπική δίοδος έχει σχεδιαστεί για να ελαχιστοποιεί την χωρητικότητα της συσκευής ενώ μια δίοδος varactor έχει σχεδιαστεί για να χρησιμοποιεί και να εκμεταλλεύεται την χωρητικότητα. Οι δίοδοι Varactor βρίσκουν κοινή χρήση στα παραμετρικά ηλεκτρονικά, όπως οι παραμετρικοί ενισχυτές και άλλα κυκλώματα συντονισμού που μπορούν να μεταβληθούν από μια αλλαγή στην τάση.

Όλες οι δίοδοι κατασκευάζονται από δύο τεμάχια διαφορετικών υλικών συγχωνευμένα μαζί με ένα καλώδιο προσαρτημένο σε κάθε άκρο. Το ένα υλικό είναι αρνητικά φορτισμένο, που ονομάζεται κάθοδος, και το άλλο είναι θετικά φορτισμένο, που ονομάζεται άνοδος. Όταν δημιουργείται για πρώτη φορά μια δίοδος, αυτά τα δύο υλικά ανταλλάσσουν ηλεκτρόνια όπου συναντώνται, δημιουργώντας μια περιοχή μέσα στη δίοδο που ονομάζεται στρώμα εξάντλησης, η οποία δεν έχει ευνοϊκό φορτίο. Η δημιουργία των δύο διαφορετικών φορτίων στη δίοδο επιτυγχάνεται με την προσθήκη ενός αρνητικά ή θετικά φορτισμένου υλικού στη μήτρα της διόδου. Σε μια κανονική δίοδο, αυτό το φορτισμένο υλικό προστίθεται όσο το δυνατόν πιο ομοιόμορφα στα πλάτη της καθόδου και της ανόδου για να επιτρέψει στη δίοδο να αλλάξει κατάσταση όσο το δυνατόν πιο γρήγορα και με όσο το δυνατόν χαμηλότερη τάση.

Εάν εφαρμόζεται αρνητική τάση στο καλώδιο ανόδου μιας διόδου, το δυναμικό της αρνητικής τάσης συνδυάζεται με το δυναμικό της αρνητικής καθόδου. Μόλις αυτή η δύναμη είναι αρκετά ισχυρή για να γεφυρώσει το στρώμα εξάντλησης, θα ταξιδέψει εύκολα κατά μήκος της θετικά φορτισμένης ανόδου της διόδου και η δίοδος θα άγει ηλεκτρισμό. Μια δίοδος σε αυτή την κατάσταση λέγεται ότι έχει μια προκατάληψη προς τα εμπρός.

Όταν εφαρμόζεται η ίδια τάση στο καλώδιο καθόδου μιας διόδου, το στρώμα εξάντλησης διευρύνεται και από τις δύο πλευρές της ανόδου, με τη θετική άνοδο να βρίσκεται ανάμεσα στις δύο αρνητικές δυνάμεις δημιουργώντας ένα χωρητικό ηλεκτρικό πεδίο μέσα στη δίοδο. Στην αρχή αυτό το πεδίο επιβραδύνει μόνο τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος που διέρχεται από τη δίοδο, αλλά καθώς η τάση αυξάνεται και το πεδίο αυξάνεται σε ισχύ, το πεδίο θα γίνει τελικά αρκετά ισχυρό ώστε να εμποδίσει εντελώς το ηλεκτρικό ρεύμα να περάσει μέσα από τη δίοδο. Μια δίοδος σε αυτή την κατάσταση λέγεται ότι έχει αντίστροφη πόλωση.

Οι περισσότερες δίοδοι έχουν σχεδιαστεί για να περνούν όσο το δυνατόν γρηγορότερα από την περιοχή όταν εξακολουθεί να ρέει ρεύμα και υπάρχει χωρητικό ηλεκτρικό πεδίο. Μια δίοδος varactor, ωστόσο, έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί εντός αυτής της ζώνης. Σε αντίθεση με μια τυπική δίοδο, το φορτισμένο υλικό σε ένα βαράκτορα προστίθεται με ένα μοτίβο κλίσης, το οποίο μεταβάλλει την ισχύ του φορτίου σε όλο το πλάτος της καθόδου και της ανόδου. Το στρώμα εξάντλησης μιας διόδου που κατασκευάζεται με αυτόν τον τρόπο ποικίλλει σε πλάτος ανάλογα με την τάση που εφαρμόζεται σε αυτό. Ως αποτέλεσμα, η δίοδος μπορεί να λειτουργήσει ως μεταβλητός πυκνωτής με το χωρητικό πεδίο, μειώνοντας καθώς εφαρμόζεται περισσότερη τάση και αυξάνεται καθώς εφαρμόζεται λιγότερη τάση.

Η δίοδος varactor μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη θέση μιας πιο ακριβής και δύσκολης εγκατάστασης συσκευής όπως ένας μεταβλητός πυκνωτής. Οι δίοδοι Varactor, ωστόσο, δεν χρησιμοποιούνται πάντα απλώς για τη μείωση του κόστους και τη διευκόλυνση των διαδικασιών παραγωγής. Οι Varactors χρησιμοποιούνται συχνά σε εφαρμογές όπως οι δέκτες τηλεόρασης ή ραδιοφώνου όπου οι ικανότητές τους τους επιτρέπουν να κλειδώνουν πολύ γρήγορα τη συχνότητα ενός καναλιού ή ενός σταθμού.