Diodo Varactor ou Diodo Varicap
O diodo varicap ou diodo varactor fornece um caminho ou tendo uma capacitância variável controlada por tensão em um circuito.
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Tutorial de Diodo Varactor / Varicap Inclui:
Varactor / Varicap | Varactores abruptos e hiperabruptos | Especificações do Varactor (folha de dados) | Circuitos com diodo Varactor
Tutorial de Diodo Inclui:
Tipos de diodos | Especificações e classificações de diodos
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Os diodos Varactor ou varicap são usados principalmente em projetos de circuitos de radiofrequência ou RF para fornecer capacitância variável controlada por tensão.
Esses componentes eletrônicos podem ser usados de várias maneiras, onde um nível de capacitância precisa ser controlado por uma tensão e, sem eles, muitos dos recursos que temos em rádios, telefones celulares e muitos outros dispositivos não seriam possíveis.
Os diodos varactor não só podem ser usados para controle analógico de uma tensão, como em um loop de bloqueio de fase, mas também podem ser usados em conjunto com microprocessadores onde uma tensão pode ser gerada digitalmente e depois convertida em uma tensão analógica para controlar o diodo usando um conversor digital para analógico, ADC.
Na verdade, as aplicações dos diodos varactor são quase ilimitadas e eles são usados em uma série de circuitos diferentes para uma variedade de usos de circuitos diferentes, para projetos de circuitos eletrônicos em geral, bem como projetos de RF.
Embora ambos os nomes: varactor e diodo varicap sejam usados, ambos são a mesma forma de diodo. O nome varactor significa reator variável, ou reatância, e varicap significa capacitância variável (vari-cap).
Embora mesmo os diodos de junção PN normais possam ser processados como diodos varactor, os componentes eletrônicos comprados como varactores foram especialmente otimizados para fornecer as mudanças de capacitância necessárias que tendem a ser maiores do que as da maioria dos diodos de junção PN padrão.
Aplicações de diodo Varactor
Os diodos Varactor são amplamente usados em muitos projetos de RF. Eles fornecem um método para variar a capacitância dentro de um circuito pela aplicação de uma tensão de controle.
Isso lhes dá uma capacidade quase única e, como resultado, os diodos varactor são amplamente usados em muitos projetos de circuitos de RF. Eles são um componente eletrônico essencial para uma série de projetos de RF.
Embora os diodos varactor ou varicap possam ser usados em muitos circuitos diferentes, eles encontram uso em duas áreas principais:
- Osciladores controlados por tensão, VCOs: Os osciladores controlados por tensão são usados em muitos projetos de RF diferentes. Uma área principal é para o oscilador dentro de loops travados em fase. Por sua vez, estes podem ser usados como demoduladores de FM ou dentro de sintetizadores de frequência. O diodo varactor é um componente chave dentro do oscilador controlado por tensão.
- Filtros de RF: O uso de diodos varactor permite ajustar os filtros. Os filtros de rastreamento podem ser necessários nos circuitos front-end do receptor, onde eles permitem que os filtros rastreiem a frequência do sinal recebido de entrada. Novamente, isso pode ser controlado usando uma tensão de controle. Normalmente, isso pode ser fornecido sob controle de microprocessador por meio de um conversor digital para analógico.
- Moduladores de frequência e fase: Os diodos Varactor podem ser usados em moduladores de frequência e fase. Em moduladores de frequência, eles podem ser colocados no elemento ressonante dentro do gerador e o áudio aplicado ao diodo. Desta forma, sua capacitância irá variar de acordo com o áudio, fazendo com que a frequência do sinal mude para cima e para baixo de acordo com as variações de capacitância e, portanto, de acordo com o áudio.Para modulação de fase, o sinal de frequência fixa pode passar por uma rede de deslocamento de fase e o diodo incorporado a ela. Novamente, o áudio é aplicado ao diodo e isso faz com que a fase mude de acordo com as variações de áudio.
Em termos de circuitos nos quais os diodos varactor são usados, eles incluem os osciladores de loops de travamento de fase e, portanto, muitos tipos de sintetizadores de frequência.
Tendo em vista que esses componentes eletrônicos permitem o controle de muitos circuitos de RF a partir de uma tensão variável, usando um conversor digital para analógico, DAC ou D2A, isso permite o controle por microprocessador de muitos desses projetos de circuitos eletrônicos, filtros, osciladores, etc.
Os diodos varactor podem até ser usados em alguns tipos de circuitos multiplicadores de harmônicos.
Funcionamento de um capacitor variável
A chave para entender como um varactor ou diodo varicap funciona é observar o que é um capacitor e o que pode alterar a capacitância. Como pode ser visto no diagrama abaixo, um capacitor consiste em duas placas com um dielétrico isolante entre elas.
. . . a capacitância e a quantidade de carga que pode ser armazenada dependem da área das placas e da distância entre elas. . . .
A capacitância do capacitor depende da área das placas – quanto maior a área maior a capacitância, e também a distância entre elas – quanto maior a distância menor o nível de capacitância.
Um diodo com polarização reversa não tem corrente fluindo entre a área do tipo P e a área do tipo N. A região do tipo N e as regiões do tipo P podem conduzir eletricidade e podem ser consideradas as duas placas, e a região entre elas – a região de depleção é o dielétrico isolante. Este é exatamente o mesmo que o capacitor acima.
Como acontece com qualquer diodo, se a polarização reversa for alterada, o mesmo acontecerá com o tamanho da região de depleção. Se a tensão reversa no varactor ou diodo varicap for aumentada, a região de depleção do diodo aumenta e se a tensão reversa no diodo varactor for diminuída, a região de depleção se estreita. Portanto, alterando a polarização reversa no diodo, é possível alterar a capacitância.
O diodo varactor tem uma curva de capacitância não linear – a capacitância do diodo varactor é inversamente proporcional à raiz quadrada da tensão através dele. Isso significa que as mudanças iniciais na tensão reversa dão uma mudança muito maior na capacitância do que aquelas em tensões mais altas.
Varactor ou símbolo do circuito varicap
O diodo varactor ou diodo varicap é mostrado em diagramas de circuitos ou esquemas usando um símbolo que combina os símbolos de diodo e capacitor. Desta forma, é óbvio que ele está sendo usado como um capacitor variável em vez de um retificador.
Quando operado em qualquer projeto de circuito eletrônico, é necessário garantir que o diodo varactor permaneça com polarização reversa. Isso significa que o cátodo será positivo em relação ao ânodo, ou seja, o cátodo do varactor será mais positivo que o ânodo. Desta forma, o varactor atuará como um capacitor e não como um diodo no circuito.
Circuito equivalente de diodo Varactor
Como qualquer outro componente, um diodo varactor não é um capacitor perfeito, mas inclui vários elementos parasitas nele. Isso é verdade para um diodo varactor e, como resultado, é útil poder modelar o diodo como um circuito equivalente. O capacitor e os elementos parasitas precisam ser compreendidos e acomodados dentro do projeto do circuito eletrônico.
Pode-se ver que existem vários elementos no circuito equivalente do diodo varactor – os diferentes elementos do circuito representam os principais elementos que são vistos quando o diodo é usado.
Os vários elementos são os seguintes:
- C J (V): Este elemento do diodo varactor representa a capacitância de junção variável real, que é o principal elemento necessário do diodo.
- R S (V): É a resistência em série dentro do diodo e varia de acordo com a tensão aplicada.
- C P : Este elemento do circuito representa a capacitância parasita, decorrente principalmente da capacitância em torno da própria junção do diodo básico. Os fios de conexão dentro do pacote contribuem para isso.
- L P : Esta capacitância em série surge principalmente dos fios de ligação dentro do pacote de diodo varactor. Embora pequeno, ainda será perceptível em circuitos de RF de alta frequência.
A resistência em série dos condutores no diodo é desprezível, especialmente porque o diodo opera em polarização reversa e os níveis de capacitância são relativamente pequenos e, portanto, a resistência em série tem pouco efeito.
Tipos de diodo Varactor
Ao investigar diodos varactor de alto desempenho para aplicações de RF específicas, os termos diodos varactor abruptos e hiperabruptos serão frequentemente vistos.
Esses termos referem-se à junção e, portanto, ao desempenho do diodo varactor – diodos hiperabruptos, como o nome sugere, tendo uma mudança muito acentuada na dopagem que produz uma junção muito abrupta – na verdade, é uma junção hiperabrupta!
Leia mais sobre . . . . Diodos Varactor Abruptos e Hiperabruptos.
Especificações do Varator
Embora o diodo varactor seja formado a partir de uma junção PN e tenha as mesmas características básicas, existem algumas especificações e parâmetros de características específicas que são necessários para definir seu desempenho como uma capacitância variável.
Essas especificações incluem o valor da capacitância e o comportamento da mudança de tensão-capacitância.
A característica de ruptura reversa também é de grande importância, porque muitas vezes são necessárias tensões reversas bastante altas para reduzir a capacitância do diodo para os valores mais baixos.
Outro parâmetro muito importante é o fator de qualidade ou Q do diodo, pois isso pode ter um impacto significativo no desempenho geral do circuito. Baixos níveis de Q podem reduzir a seletividade de um filtro ou afetar adversamente o ruído de fase de um oscilador usando um varactor.
Leia mais sobre . . . . Especificações do Varactor.
Os diodos Varactor são componentes muito úteis que podem ser usados de várias maneiras, especialmente em circuitos de RF. Ser capaz de controlar a capacitância dentro de um circuito variando a tensão tem muitos usos e permitiu que itens como loops de bloqueio de fase, sintetizadores de frequência indireta, vários tipos de moduladores de frequência e fase e muitos outros circuitos fossem criados.
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