Diodo Varicap o Varactor

El diodo varicap o diodo varactor es un dispositivo semiconductor muy utilizado en la industria electrónica. También se utilizan en el ámbito del diseño de RF. En este artículo, discutiremos sobre el diodo varactor. También hablaremos de su símbolo, su construcción, su funcionamiento y su aplicación en varios circuitos sintonizados. Además, conoceremos la curva característica de este diodo.

¿Qué es un Diodo Varicap?

El diodo varicap es un tipo de diodo de unión PN en el que la capacitancia interna puede alterarse como resultado de la aplicación de una tensión de polarización inversa. Siempre funciona en condiciones de polarización inversa y es un dispositivo semiconductor dependiente de la tensión.

El diodo varicap es conocido por varios nombres como Varactor, Voltcap, Condensador de tensión variable o diodo Tunning.

Aunque se utilizan los dos nombres: varactor y diodo varicap, ambos son la misma forma de diodo. El nombre varactor significa reactor variable, o reactancia variable, y varicap significa capacitancia variable (vari-cap).

El diodo varactor es un dispositivo controlado por tensión, es decir, la salida del diodo varactor depende de la tensión de entrada suministrada, ya que su función está determinada por la tensión aplicada. Los diodos varactores o varicap se utilizan para almacenar cargas.

Símbolo del Diodo Varicap

En el diagrama que se muestra a continuación, es evidente que el símbolo del diodo varactor es similar al diodo de unión PN. El diodo tiene dos terminales: ánodo y cátodo, como se muestra en la siguiente figura. Un extremo del símbolo consiste en el diodo, y el otro extremo tiene dos líneas paralelas que representan las placas conductoras del condensador. El espacio entre las dos placas paralelas es su dieléctrico.

Construcción del Diodo Varactor

Está formado por un semiconductor de tipo P y otro de tipo N y se le aplica una polarización inversa. Los portadores mayoritarios en un semiconductor tipo N son electrones y los portadores minoritarios en un semiconductor tipo P son los huecos. En la unión, los electrones y los huecos se recombinan. Debido a ello se acumulan iones inmóviles en la unión. Y no puede fluir más corriente debido a los portadores mayoritarios.

Así, se forma la región de agotamiento. La región de agotamiento se llama así porque está vacía de portadores de carga, es decir, los portadores mayoritarios están ausentes en la región de agotamiento. Esto funciona como una capa dieléctrica y los semiconductores de tipo P y N funcionan como placas de un condensador.

Funcionamiento del Diodo Varicap

La función del diodo varicap es almacenar cargas, por lo que siempre funciona en condiciones de polarización inversa. Cuando se aplica una tensión en polarización directa, la corriente eléctrica fluye, como resultado, la región de agotamiento se vuelve insignificante, lo cual es indeseable.

. . la capacitancia y la cantidad de carga que se puede almacenar depende del área de las placas y de la distancia entre ellas. .

La capacitancia de unión de un diodo de unión p-n es inversamente proporcional al ancho de la capa de agotamiento. En otras palabras, si la anchura de la capa de agotamiento es menor, la capacitancia es mayor, y viceversa. Por lo tanto, si necesitamos aumentar la capacitancia de un diodo varicap, la tensión de polarización inversa debe disminuir. Esto hace que la anchura de la capa de agotamiento disminuya, dando como resultado una mayor capacitancia.

Del mismo modo, aumentar la tensión de polarización inversa debería disminuir la capacitancia. Esta capacidad de obtener diferentes valores de capacitancia simplemente cambiando la tensión aplicada es la mayor ventaja de un diodo varactor en comparación con un condensador variable normal.

Ecuación del Diodo Varicap

Notaciones Utilizadas en la Fórmula del Varicap

• C_j es la capacitancia del diodo
• C es la capacitancia del diodo cuando el dispositivo no está polarizado
• V es la tensión aplicada
• V_b es la tensión de barrera en la unión
• m es la constante que depende del material
• K es la constante igual a 1
• F es la frecuencia máxima de funcionamiento
• f es la frecuencia de funcionamiento

Características del Diodo Varicap

Los diodos varicap se fabrican con la intención de dar lugar a una curva C-V definida que puede obtenerse cambiando la intensidad del dopaje durante el proceso de fabricación. Dependiendo del tipo de dopaje, ya sea lineal o no lineal, los diodos varactores se clasifican en los dos tipos siguientes.

1. Diodos varactores abruptos
2. Diodos Varactor Hiper-Abruptos

La curva característica del diodo varactor es la que se muestra a continuación,

Estudiando el gráfico podemos explicar que el diodo varactor funciona en condiciones de polarización inversa y que la anchura de la región de agotamiento aumenta al aumentar la tensión inversa ‘V’, lo que da lugar a una disminución de la capacitancia de unión ‘C’. Los diodos varactores se utilizan normalmente para proporcionar una variación de alto rango en la capacitancia.

Características de Capacitancia Variable

El efecto de capacitancia variable lo muestran los diodos normales, pero se prefieren los diodos varactores para proporcionar los cambios de capacitancia necesarios. Los diodos están optimizados y fabricados de forma exclusiva para permitir cambios de capacitancia de alto rango. Los diodos varactores se clasifican en función de las propiedades de la unión del diodo.

Circuito Equivalente

Para diseñar circuitos que utilicen las propiedades de un diodo varactor, primero tenemos que desglosar sus propiedades eléctricas y visualizar un circuito equivalente con componentes básicos como resistores, condensadores e inductores. La siguiente imagen muestra un circuito equivalente aproximado de un diodo varactor cuando funciona en condiciones de polarización inversa.

R_R es la resistencia de polarización inversa y R_G es la resistencia geométrica del diodo varactor. C_J es la capacitancia de unión que depende de la tensión de polarización inversa. L_F es la inductancia efectiva y depende de los límites de frecuencia bajo los cuales debe funcionar un diodo varactor.

Ventajas del Diodo Varactor

1. Bajo nivel de ruido: genera menos ruido en comparación con otros diodos de unión P-N. Por lo tanto, la pérdida de potencia debida al ruido es baja en los diodos varactor.
2. Portabilidad: Es portátil debido a su pequeño tamaño y peso.
3. Fiabilidad: Es más fiable que otros diodos de unión P-N.
4. Económico: Es un diodo de bajo coste, por lo que su uso en diversas aplicaciones es económico.

Desventajas del Diodo Varactor

• Modo específico: Estos diodos se diseñan para funcionar en polarización inversa, por lo que no son útiles en polarización directa.
• Comportamiento no lineal: El mayor inconveniente de este diodo es su relación capacitancia-voltaje no lineal, que puede provocar distorsiones en muchos aparatos.
• Sensible: La capacitancia de este diodo se ve afectada en gran medida por las variaciones de temperatura, por lo que es sensible a la temperatura.

Aplicaciones del Diodo Varicap

Algunas aplicaciones del diodo varicap se indican en los puntos mencionados a continuación.

• Se utilizan en el ámbito del diseño de RF y proporcionan un método para variar la capacitancia dentro de un circuito mediante la aplicación de un voltaje de control. Esto les proporciona una capacidad especial debido a que los diodos varactores se utilizan en la industria de RF.
• Receptores de radio: Los receptores de radio también utilizan este diodo para la sintonización.
• Multiplicador de frecuencia: También se utiliza como multiplicador de frecuencia en diversos circuitos electrónicos.
• Bucles de bloqueo de fase: Se utiliza en el bucle de bloqueo de fase para la modulación de la frecuencia. Los diodos varactores ayudan a conseguir la modulación de frecuencia. Por lo tanto, en los dispositivos de comunicación los diodos varactores son importantes.
• Amplificadores paramétricos: Se utiliza en los amplificadores paramétricos como un componente importante.
• Estos diodos se utilizan en muchos circuitos y encuentran aplicaciones en dos sectores principales.
• Filtros FR – Es posible sintonizar filtros utilizando diodos varactores. Los filtros de seguimiento pueden ser necesarios en los circuitos receptores frontales en los que los filtros están habilitados para seguir la frecuencia de las señales recibidas.
• Osciladores controlados por voltaje (VCO) – Los VCO se utilizan para muchas aplicaciones y los osciladores dentro de un bucle de bloqueo de fase es la principal región. Los VCO están presentes en casi todos los receptores inalámbricos y radios.

Preguntas Frecuentes