فاريكاب
 البنية الداخلية للفاريكاب | |
| يكتب | سلبي |
|---|---|
| مخترع | 1961 |
| أسماء الدبوس | الأنود والكاثود |
| الرمز الالكتروني | |
_8.5.2.a.svg/1280px-IEEE_315-1975_(1993)_8.5.2.a.svg.png) _8.5.2.b.svg/1280px-IEEE_315-1975_(1993)_8.5.2.b.svg.png) | |
في الإلكترونيات ، يعد الصمام الثنائي المتغير الجهد ، أو الصمام الثنائي المتغير الجهد، أو الصمام الثنائي ذي السعة المتغيرة ، أو الصمام الثنائي ذي المفاعلة المتغيرة ، أو الصمام الثنائي الضبط نوعًا من الصمامات المصممة لاستغلال السعة المعتمدة على الجهد لوصلة p–n ذات تحيز عكسي . [1]
التطبيقات
تُستخدم المكثفات الفاركتورية كمكثفات يتم التحكم في جهدها . وهي تُستخدم عادةً في المذبذبات التي يتم التحكم في جهدها ، والمضخمات البارامترية ، ومضاعفات التردد . [2] للمذبذبات التي يتم التحكم في جهدها العديد من التطبيقات مثل تعديل التردد لأجهزة إرسال FM وحلقات قفل الطور . تُستخدم حلقات قفل الطور في أجهزة توليف التردد التي تضبط العديد من أجهزة الراديو وأجهزة التلفزيون والهواتف الخلوية .
تم تطوير Varicap بواسطة شركة Pacific Semiconductor التابعة لشركة Ramo Wooldridge Corporation التي حصلت على براءة اختراع للجهاز في يونيو 1961. [3] تم تسجيل اسم الجهاز أيضًا كعلامة تجارية باسم "Varicap" بواسطة شركة TRW Semiconductors ، خليفة شركة Pacific Semiconductors، في أكتوبر 1967. يساعد هذا في تفسير الأسماء المختلفة للجهاز عند دخوله حيز الاستخدام. [ يحتاج إلى توضيح ]
عملية
يتم تشغيل الفاركتورات في حالة منحازة عكسيًا ، لذلك لا يتدفق تيار مستمر عبر الجهاز. تتحكم كمية التحيز العكسي في سمك منطقة الاستنفاد وبالتالي سعة تقاطع الفاركتور. تعتمد خاصية تغيير السعة على ملف تعريف الشوائب. بشكل عام، بالنسبة لملف تعريف الوصلة المفاجئة، يكون سمك منطقة الاستنفاد متناسبًا مع الجذر التربيعي للجهد المطبق، وتكون السعة متناسبة عكسيًا مع سمك منطقة الاستنفاد. وبالتالي، تكون السعة متناسبة عكسيًا مع الجذر التربيعي للجهد المطبق. بالنسبة لملف تعريف الوصلة المفاجئ للغاية، يكون تغيير السعة أقل خطية، ولكن الفاركتورات المفاجئة للغاية لها تباين سعة أكبر ويمكنها العمل بجهد أقل.
تظهر جميع الثنائيات سعة الوصلة المتغيرة هذه، ولكن يتم تصنيع الفاراكتورات لاستغلال التأثير وزيادة اختلاف السعة.
يوضح الشكل مثالاً لمقطع عرضي لفاراكتور مع طبقة استنزاف مكونة من وصلة ap–n. يمكن أيضًا أن تكون طبقة الاستنزاف هذه مصنوعة من ثنائي MOS أو ثنائي شوتكي . وهذا مهم في تكنولوجيا CMOS و MMIC .
الاستخدام في الدائرة
دوائر الضبط
بشكل عام، يتطلب استخدام الصمام الثنائي المتغير في الدائرة توصيله بدائرة مضبوطة ، عادةً بالتوازي مع أي سعة أو محاثة موجودة. [4] يتم تطبيق جهد تيار مستمر كتحيز عكسي عبر الصمام الثنائي المتغير لتغيير سعته. يجب منع جهد تحيز التيار المستمر من دخول الدائرة المضبوطة. يمكن تحقيق ذلك عن طريق وضع مكثف حجب تيار مستمر بسعة أكبر بحوالي 100 مرة من السعة القصوى للصمام الثنائي المتغير على التوالي معه وعن طريق تطبيق تيار مستمر من مصدر عالي المقاومة إلى العقدة بين كاثود الصمام الثنائي المتغير والمكثف الحاجز كما هو موضح في الدائرة اليسرى العلوية في الرسم التخطيطي المصاحب.
نظرًا لعدم تدفق تيار مستمر كبير في المكثف، فإن قيمة المقاومة التي تربط الكاثود الخاص بها بمقاوم جهد التحكم في التيار المستمر يمكن أن تكون في مكان ما في نطاق 22 كيلو أوم إلى 150 كيلو أوم والمكثف الحاجز في مكان ما في نطاق 5-100 نانوفاراد. في بعض الأحيان، مع الدوائر المضبوطة عالية الجودة للغاية، يتم وضع محث في سلسلة مع المقاومة لزيادة معاوقة المصدر لجهد التحكم حتى لا يتم تحميل الدائرة المضبوطة وتقليل Q الخاصة بها.
يستخدم تكوين شائع آخر ثنائيات فارياكاب متجاورة (أنود إلى أنود). (انظر الدائرة اليسرى السفلية في الرسم التخطيطي). يحل فارياكاب الثاني محل المكثف الحاجز في الدائرة الأولى بشكل فعال. يقلل هذا من السعة الكلية ونطاق السعة بمقدار النصف، ولكنه يتمتع بميزة تقليل مكون التيار المتردد للجهد عبر كل جهاز وله تشوه متماثل إذا كان مكون التيار المتردد يمتلك سعة كافية لتحيز فارياكاب إلى التوصيل الأمامي.
عند تصميم دوائر الضبط باستخدام مكثفات التيار المتردد، من الأفضل عادةً الحفاظ على مكون التيار المتردد للجهد عبر المكثفات التيارية عند مستوى أدنى، عادةً أقل من 100 مللي فولت من الذروة إلى الذروة، لمنع تغيير سعة الصمام الثنائي كثيرًا، مما قد يؤدي إلى تشويه الإشارة وإضافة التوافقيات.
تستخدم الدائرة الثالثة، الموجودة في أعلى اليمين في الرسم التخطيطي، مكثفين متتاليين متصلين على التوالي ووصلات أرضية منفصلة للإشارة DC وAC. يظهر التيار المستمر الأرضي كرمز أرضي تقليدي، والتيار المتردد الأرضي كمثلث مفتوح. غالبًا ما يتم فصل الأرضيين (i) لمنع الإشعاع عالي التردد من عقدة الأرض ذات التردد المنخفض، و(ii) منع التيارات المستمرة في عقدة الأرض ذات التيار المتردد من تغيير التحيز ونقاط التشغيل للأجهزة النشطة مثل المكثفات المتتالية والترانزستورات.
هذه التكوينات الكهربية شائعة جدًا في أجهزة ضبط التلفزيون وأجهزة الاستقبال AM وFM المضبوطة إلكترونيًا، بالإضافة إلى معدات الاتصالات الأخرى والمعدات الصناعية. كانت الثنائيات الكهربية المتغيرة تتطلب عادةً نطاق جهد عكسي يتراوح بين 0 و33 فولت للحصول على نطاقات السعة الكاملة الخاصة بها، والتي كانت لا تزال صغيرة جدًا، حوالي 1-10 بيكوفاراد. كانت هذه الأنواع تُستخدم - ولا تزال - على نطاق واسع في أجهزة ضبط التلفزيون، حيث تتطلب ترددات الموجة الحاملة العالية الخاصة بها تغييرات صغيرة فقط في السعة.
مع مرور الوقت، تم تطوير الثنائيات الفاريكاب التي أظهرت نطاقات سعة كبيرة، 100-500 بيكوفاراد، مع تغييرات صغيرة نسبيًا في التحيز العكسي: 0-5 فولت أو 0-12 فولت. تسمح هذه الأجهزة الأحدث بإنشاء أجهزة استقبال بث AM مضبوطة إلكترونيًا بالإضافة إلى العديد من الوظائف الأخرى التي تتطلب تغييرات كبيرة في السعة عند ترددات أقل، أقل عمومًا من 10 ميجا هرتز. تتطلب بعض تصميمات قارئات العلامات الأمنية الإلكترونية المستخدمة في منافذ البيع بالتجزئة هذه الثنائيات الفاريكاب عالية السعة في مذبذباتها التي يتم التحكم في جهدها.
الأجهزة الثلاثة ذات الرصاص الموضحة في أعلى الصفحة هي بشكل عام مضخمان متناوبان متصلان بكاثود مشترك في حزمة واحدة. في موالف AM/FM للمستهلك الموضح على اليمين، يضبط ثنائي متناوب مزدوج الحزمة كل من نطاق تمرير دائرة الخزان (محدد المحطة الرئيسية) والمذبذب المحلي بمضخم متناوب واحد لكل منهما. يتم ذلك لخفض التكاليف - كان من الممكن استخدام حزمتين مزدوجتين، واحدة للخزان وواحدة للمذبذب، أربعة ثنائيات في المجموع، وهذا ما تم تصويره في بيانات التطبيق لشريحة راديو AM LA1851N. يتم تسليط الضوء على اثنين من المضخمات المزدوجة ذات السعة المنخفضة المستخدمة في قسم FM (الذي يعمل بتردد أكبر بحوالي مائة مرة) بواسطة الأسهم الحمراء. في هذه الحالة، يتم استخدام أربعة ثنائيات، عبر حزمة مزدوجة للخزان / مرشح تمرير النطاق وحزمة مزدوجة للمذبذب المحلي.
الضرب التوافقي
في بعض التطبيقات، مثل مضاعفة التوافقيات ، يتم تطبيق جهد متناوب بسعة إشارة كبيرة عبر مكثف متغير لتغيير السعة عمدًا بمعدل إشارة لتوليد توافقيات أعلى، والتي يتم استخراجها من خلال الترشيح. إذا تم تطبيق تيار موجة جيبية بسعة كافية عبر مكثف متغير، فإن الجهد الناتج يصبح "مرتفعًا" إلى شكل أكثر مثلثية، ويتم توليد توافقيات غريبة.
كانت هذه إحدى الطرق المبكرة المستخدمة لتوليد ترددات ميكروويف ذات طاقة معتدلة، 1-2 جيجاهرتز عند 1-5 وات، من حوالي 20 وات عند تردد 3-400 ميجاهرتز قبل تطوير الترانزستورات الكافية للعمل عند هذا التردد الأعلى. لا تزال هذه التقنية مستخدمة لتوليد ترددات أعلى بكثير، في نطاق 100 جيجاهرتز - 1 تيراهرتز، حيث لا تزال حتى أسرع ترانزستورات GaAs غير كافية.
بدائل للثنائيات الفاريكاب
تظهر جميع أجهزة الوصلات شبه الموصلة هذا التأثير، وبالتالي يمكن استخدامها كأغطية متغيرة، ولكن لن يتم التحكم في خصائصها ويمكن أن تختلف على نطاق واسع بين الدفعات.
تشمل المكثفات المتغيرة المؤقتة الشائعة مصابيح LED، [5] وثنائيات مقوم سلسلة 1N400X، [6] ومقومات شوتكي ومختلف الترانزستورات المستخدمة مع تقاطعات قاعدة المجمع ذات التحيز العكسي، [7] وخاصة 2N2222 و BC547 . [ يحتاج إلى توضيح ] كما أن التحيز العكسي لتقاطعات قاعدة الباعث للترانزستورات فعال للغاية طالما ظلت سعة التيار المتردد صغيرة. عادة ما يكون أقصى جهد تحيز عكسي بين 5 و7 فولت، قبل أن تبدأ عملية الانهيار في التوصيل. تميل الأجهزة ذات التيار الأعلى ذات مساحة الوصلات الأكبر إلى امتلاك سعة أعلى. يظهر مكثف Philips BA 102 المتغير والصمام الثنائي زينر المشترك 1N5408 تغييرات مماثلة في سعة الوصلة، باستثناء أن BA 102 يمتلك مجموعة محددة من الخصائص فيما يتعلق بسعة الوصلة (بينما لا يمتلكها 1N5408) و "Q" الخاص بـ 1N5408 أقل.
قبل تطوير المكثف المتغير، تم استخدام المكثفات المتغيرة التي تعمل بمحرك أو مفاعلات ذات قلب قابل للتشبع كمفاعلات يمكن التحكم فيها كهربائيًا في مذبذبات الجهد المتغير ومرشحات المعدات مثل أجهزة تحليل الطيف الألمانية في الحرب العالمية الثانية .
انظر أيضا
- تعد أجهزة الفاركتور الحاجزة ذات البنية غير المتجانسة عبارة عن أجهزة أشباه موصلات متماثلة ذات سعة متغيرة.
- تتمتع المكثفات الكهروضوئية بسعة متغيرة بسبب تأثيرات الهستيريسيس.
- سعة الانتشار
مراجع
- ^ Sedra, Adel ; Smith, Kenneth (2010). Microelectronic circuits (6th ed.). New York: Oxford University Press . p. 214. ISBN 9780195323030.
- ^ كالفيرت، جيمس (15 فبراير 2002). "Varactors". الصفحة الرئيسية للدكتور تاتل . تم الاسترجاع في 23 يناير 2017 .
- ^ US 2989671، بارنز، سانفورد إتش. ومان، جون إي.، "مكثف أشباه الموصلات الحساس للجهد"، نُشر في 23 مايو 1958، وأُصدر في 20 يونيو 1961، وتم تخصيصه لشركة Pacific Semiconductors, Inc.
- ^ دوائر فاراكتور http://www.radio-electronics.com/info/data/semicond/varactor-varicap-diodes/circuits.php
- ^ المصابيح مثل Varicaps http://www.hanssummers.com/varicap/varicapled.html
- ^ ثنائيات المعدل كـ Varicaps http://www.hanssummers.com/varicap/varicapdiode.html
- ^ جون لينسلي هود (1993). فن الإلكترونيات الخطية . إلسفير. ص 210. ISBN 978-1-4831-0516-1.
قراءة إضافية
- مورتنسون، كينيث إي. (1974). الثنائيات ذات السعة المتغيرة: تشغيل وتوصيف الثنائيات الفاركتورية وتخزين الشحنات والثنائيات ذات السعة المتغيرة لتطبيقات التردد اللاسلكي والميكروويف . ديدهام، ماساتشوستس: دار أرتيك.
- بينفيلد، بول ورافوس، روبرت ب. (1962). تطبيقات فاراكتور. كامبريدج، مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
روابط خارجية
- التعلم عن طريق المحاكاة حساب خصائص الصمام الثنائي الفاركتوري لأنماط المنشطات المختلفة
- [1] Trimless IF VCO: الجزء 1: اعتبارات التصميم من Maxim.
- أساسيات الصمام الثنائي الفاركتوري مع نصائح التصميم
