معرفی دیود خازنی و ساختار و اصول کاری آن - بخش دوم

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: 

بخش اول مقاله را می‌توانید در معرفی دیود خازنی و ساختار و اصول کاری آن - بخش اول مشاهده نمایید.

ساختار دیود Varactor

دیود وارکتور از نیمه هادی‌های نوع p و نوع n تشکیل شده است. در نیمه هادی‌های نوع n، الکترون‌های آزاد حامل اکثریت و حفره‌ها حامل‌های اقلیت هستند؛ بنابراین الکترون‌های آزاد بیشتر جریان الکتریکی را در نیمه هادی‌های نوع n حمل می‌کنند. در نیمه هادی‌های نوع p، حفره‌ها حامل اکثریت و الکترون‌های آزاد حامل‌های اقلیت هستند؛ بنابراین حفره‌ها بیشتر جریان الکتریکی را در نیمه هادی‌های نوع p حمل می‌کنند.

هنگامی که یک نیمه هادی نوع p در تماس با نیمه هادی نوع n قرار می‌گیرد، یک اتصال p-n بین آن‌ها تشکیل می‌شود. این اتصال p-n نیمه هادی‌های نوع p و نوع n را از هم جدا می‌کند.

در محل اتصال p-n، یک منطقه تخلیه ایجاد می‌شود. منطقه تخلیه منطقه‌ای است که حامل‌های بار متحرک (الکترون‌ها و حفره‌های آزاد) در آن وجود ندارند.

منطقه تخلیه از یون‌های مثبت و منفی (اتم‌های باردار) تشکیل شده است. این یون‌های مثبت و منفی از جایی به جای دیگر حرکت نمی‌کنند.
ناحیه تخلیه، الکترون‌های آزاد را از سمت n و حفره‌های سمت p را مسدود می‌کند. بنابراین، منطقه تخلیه جریان الکتریکی را در سراسر اتصال p-n مسدود می‌کند.

دیود وارکتور بدون بایاس

می‌دانیم که در نیمه هادی نوع n تعداد زیادی الکترون آزاد و در نیمه هادی نوع p تعداد زیادی حفره وجود دارد. الکترون‌ها و حفره‌های آزاد همیشه سعی می‌کنند از ناحیه‌ای با غلظت بالاتر به ناحیه‌ای با غلظت کمتر حرکت کنند.

برای الکترون‌های آزاد، ناحیه n ناحیه غلظت بالاتر و ناحیه p ناحیه غلظت کمتر است. برای سوراخ ها، ناحیه p ناحیه غلظت بالاتر و ناحیه n ناحیه غلظت کمتر است.

بنابراین، الکترون‌های آزاد همیشه سعی می‌کنند از ناحیه n به ناحیه p حرکت کنند، همانطور که حفره‌ها سعی می‌کنند از ناحیه p به ناحیه n حرکت کنند.

هنگامی که ولتاژ اعمال نمی‌شود، تعداد زیادی الکترون آزاد در ناحیه n از یکدیگر دفع می‌شوند و به سمت ناحیه p حرکت می‌کنند.

هنگامی که الکترون‌های آزاد به یک اتصال p-n می‌رسند، نیروی جاذبه‌ای را از سوراخ‌های ناحیه p تجربه می‌کنند. در نتیجه، الکترون‌های آزاد از اتصال p-n عبور می‌کنند. به طور مشابه، سوراخ‌ها نیز از محل اتصال p-n عبور می‌کنند. به دلیل جریان این حامل‌های بار، جریان کمی برای مدتی از دیود عبور می‌کند.

در طی این فرآیند، برخی از اتم‌های خنثی نزدیک محل اتصال در سمت n، الکترون‌های خود را از دست می‌دهند و به اتم‌هایی با بار مثبت (یون‌های مثبت) تبدیل می‌شوند، به‌طور مشابه برخی از اتم‌های خنثی نزدیک محل اتصال در سمت p، الکترون‌های اضافی به دست می‌آورند و به اتم‌هایی با بار منفی تبدیل می‌شوند (یون‌های منفی). این یون‌های مثبت و منفی ایجاد شده در محل اتصال p-n چیزی جز منطقه تخلیه نیست. این ناحیه تخلیه از جریان بیشتر در محل اتصال p-n جلوگیری می‌کند.

عرض ناحیه تخلیه به تعداد ناخالصی‌های اضافه شده (میزان دوپینگ یا تخدیر شدن) بستگی دارد.

یک دیود وارکتور با دوپ شدید دارای یک لایه تخلیه نازک است در حالی که یک دیود واکتور با دوپ کم دارای یک لایه تخلیه گسترده است.‌

می‌دانیم که یک عایق یا یک دی الکتریک جریان الکتریکی را از خود عبور نمی‌دهد. منطقه تخلیه نیز اجازه عبور جریان الکتریکی را نمی‌دهد؛ بنابراین منطقه تخلیه به عنوان دی الکتریک یک خازن عمل می‌کند.

می‌دانیم که الکترود‌ها یا صفحات رسانا به راحتی جریان الکتریکی را از خود عبور می‌دهند. نیمه هادی‌های نوع p و نوع n نیز به راحتی جریان الکتریکی را از خود عبور می‌دهند؛ بنابراین نیمه هادی‌های نوع p و نوع n مانند الکترود‌ها یا صفحات رسانای خازن عمل می‌کنند.

بنابراین، دیود وارکتور مانند یک خازن معمولی رفتار می‌کند.

در یک دیود وارکتور بی بایاس، عرض تخلیه بسیار کوچک است؛ بنابراین ظرفیت (ذخیره شارژ) بسیار زیاد است.

فرمول‌های دیود وارکتور

ظرفیت دیود وارکتور

فاکتور کیفیت دیود

نماد‌های مورد استفاده در فرمول Varactor

Cj ظرفیت دیود است
C ظرفیت دیود زمانی است که دستگاه بی طرف باشد
V ولتاژ اعمال شده است
Vb ولتاژ مانع در محل اتصال است
m ثابت بسته به ماده است
K ثابت برابر با ۱ است
F حداکثر فرکانس کاری است
f فرکانس کاری است