دیود خازنی(دیود ورکتور ) به زبان ساده - بخش دوم

 

شکست معکوس

ولتاژ شکست معکوس در دیود ورکتور بسیار مهم است. ظرفیت خازنی با افزایش بایاس معکوس کاهش می‌یابد، گرچه هر چقدر ولتاژ بیشتر شود میزان کاهش در ظرفیت خازنی کوچک‌تر می‌شود. در هر حال کمترین مقدار ظرفیت خازنی با حداکثر ولتاژی که قطعه می‌تواند تحمل نماید، تعیین می‌شود. عاقلانه‌تر این است که دیودی را انتخاب کنیم که بین حداکثر ولتاژی که انتظار می‌رود داشته باشد یعنی حداکثر ولتاژی که مدار راه انداز برای آن تامین می‌کند و ولتاژ شکست معکوسش فاصله‌ای وجود داشته باشد. با اطمینان از این که بین این دو سطح ولتاژ فاصله‌ی مطمئن وجود دارد، احتمال خرابی مدار بسیار کمتر می‌شود.

همچنین لازم است مطمئن شویم که حداقل ظرفیت خازنی مورد نیاز بوسیله‌ی ولتاژ مدار راه انداز تامین می‌شود؛ و مجددا باید متذکر شد که با فاصله‌ی مطمئن باشد، زیرا همیشه تغییراتی در قطعه وجود دارد.

دیود‌ها معمولا با بایاس معکوس عمل می‌کنند که این مقدار از ۲ ولت تا ۲۰ ولت و یا بیشتر می‌تواند متغیر باشد. بعضی ازآن‌ها می‌تواند تا ۶۰ ولت نیز باشد، گرچه تغییرات ظرقیت خازنی در ولتاژ‌های بالای نزدیک به انتهای رنج بسیار کم می‌باشد. همچنین با افزایش ولتاژ دو سر دیود، احتمالا ولتاژ تغذیه کننده‌ی مداری که دیود ورکتور را راه اندازی می‌کند نیز باید به نحو مناسب باید افزایش یافته و تامین شود.

حداکثر فرکانس عملکرد

موارد مختلفی وجود دارد که فرکانس عملکرد دیود‌های ورکتور را محدود می‌کند. واضح است که حداقل ظرفیت خازنی دیود یکی از موارد محدود کننده است. اگر مقادیر بالایی از ظرفیت خازنی در مدار تشدید کننده به کار رود این مسئله Q را کاهش خواهد داد. مورد دیگر پاسخ‌های پارازیتی است، به طوری که ممکن است ظرفیت‌های خازنی و سلفی ناخواسته‌ای به وسیله‌ی قطعه نشان داده شود. این بدین معناست که قطعاتی با ظرفیت خازنی پائین‌تر جهت استفاده در فرکانس‌های بالایی که در کاربرد‌های میکروویو استفاده می‌شود، مناسب‌تر هستند. این موارد و سایر محدودیت‌های موجود هنگام انتخاب یک دیود ورکتور برای طراحی جدید، باید در نظر گرفته شوند.

در بین انواع دیود‌های ورکتور موجود، باید نوعی را انتخاب کنیم که برای کاربرد مورد نظرمان از هر نظر مناسب باشد.

ضریب کیفیت Q

یکی از ویژگی‌های مهم هر دیود ورکتور ضریب کیفیت آن است، مخصوصا در مورد بعضی از کاربرد‌ها این پارامتر اهمیت بیشتری دارد. در اسیلاتور‌هایی که در ترکیب کنده‌های فرکانسی استفاده می‌شود، این پارامتر بر عملکرد نویز بسیار تاثیر گذار است. دیود‌هایی با Q بالاتر مدارات تنظیم کننده‌ای با Q بالاتر ایجاد می‌کنند که باعث کاهش نویز توبید شده در مدار می‌شوند. در فیلتر‌ها نیز Q پارامتر بسیار مهمی است، زیرا استفاده از دیود‌هایی با Q بیشتر منجر به تولید فیلتر‌هایی با پاسخ سریع‌تر می‌شود در حالی که Q پائین‌تر باعث ایجاد تلفات در مدار می‌شود.

مدار معادل دیود ورکتور

ضریب کیفیت Q به مقاومت سری که دیود از خود نشان می‌دهد بستگی دارد. این مقاومت در اثر موارد زیر افزایش می‌یابد:

- مقاومت نیمه هادی در مناطق خارج از ناحیه‌ی تخلیه، یعنی در ناحیه‌ای که میدان به صفحات خازن منتقل می‌شود.

- افزایش مقاومت در پایه و بسته بندی قطعه

- تلفات کلی موجود در همه‌ی لایه‌های قطعه

Q یا ضریب کیفیت می‌تواند از فرمول زیر محاسبه شود

Q=۱ / ۲ pi Cv R

که در فرمول فوق:

Cv: ظرفیت خازنی در ولتاژ اندازه گیری شده

R: میزان مقاومت سری

از این معادله می‌توان فهمید برای افزایش ضریب کیفیت باید مقاومت سری را تا حد ممکن کاهش داد. دیود‌های ورکتوری که در کارخانه‌ها تولید می‌شوند از الگوی خاصی برای کاهش این مقاومت استفاده می‌کند.

هنگام طراحی مدار، می‌توان ظریب کیفیت را با کاهش ظرفیت خازنی افزایش داد.


مدارات ورکتور

جنبه‌های مختلفی از استفاده‌ی دیود‌های ورکتور در مدارات RF الکترونیکی وجود دارد. تنظیمات مدارات ورکتور بر کاربرد آن‌ها تاثیر می‌گذارد.

با توجه به این که همیشه بهینه کردن مدارات RF به سادگی امکان پذیر نیست، لازم است که مطمئن شویم که مدارات ورکتور جهت راه اندازی دیود‌های ورکتور از بهترین روش‌ها استفاده می‌کنند.


راه اندازی دیود‌های ورکتور

دیود‌های ورکتور به بایاس معکوس نیاز دارند تا به عنوان دیود در مدارات تنظیم کننده استفاده شوند بدون این که بر عملکرد آن‌ها تاثیر منفی بگذارند. مراقبت‌های لازم برای ایزوله کردن ولتاژ بایاس از مدار تنظیم کننده باید به عمل آید، به نحوی که عملکرد RF تحت تاثیر قرار نگیرد.

مدار نمونه‌ای که از دیود ورکتور برای تنظیم ولتاژ استفاده نموده است

به طور معمول سر کاتد به زمین متصل می‌شود یا در یک پتانسیل مشترک DC راه اندازی می‌شود، سر دیگر قطعه به پتانسیل بایاس به کار رفته اتصال می‌یابد. باید مدار بایاس از سیگنال‌های RF مربوط به مدار تنظیم کننده ایزوله باشد تا از هر گونه افت عملکرد جلوگیری به عمل آید. هنمچنین یک مقاومت یا سلف به این منظور می‌تواند استفاده شود به طوری که دیود تحت بایاس معکوس عمل نموده و مقاومت DC بالایی از خود نشان دهد.

استفاده از ورکتور جهت تنظیم ولتاژ از طریق مقاومت و سلف

سلف‌ها در بعضی از موقعیت‌ها با ایجاد یک مسیر کم مقاومت در مدار بایاس، می‌توانند به خوبی عمل کنند. در هر حال سلف‌ها می‌تواند یک اندوکتانس نادرست نشان داده و در بعضی از مدار‌ها هنگامی که در اسیلاتور‌ها استفاده می‌شوند، می‌توانند باعث ایجاد نوسانات نادرست شوند. از مقاومت‌ها نیز می‌توان استفاده نمود. مقدار باید به اندازه‌ی کافی زیاد باشد تا مدار بایاس از مدار تنظیم کننده ایزوله شود بدون آن که مقدار ضریب کیفیت پائین بیاید. همچنین مقدر مقاومت باید به اندازه‌ای کم باشد که بتواند بایاس دیود را در مقابل سیگنال‌های RF که از آن عبور می‌کند کنترل نماید. مقدار ۱۰ کیلو اهم معمولا برای شروع طراحی مقدر مناسبی است.

دیود‌های ورکتور هم به صورت انفرادی و هم به صورت پشت به پشت (back to back) راه اندازی می‌شوند. راه اندازی دیود به صورت انفرادی بسیار ساده است. استفاده از فرم پشت به پشت بر مشکل مدولاسیون RF روی ولتاژ تنظیم شده هنگام افزایش ولتاژ RF، غلبه می‌کند به طوری که ظرفیت خازنی یکی از دیود‌ها کاهش یافته و دیگری افزایش می‌یابد. همچنین فرم پشت به پشت ظرفیت خازنی یک دیود را هنگامی که ظرفیت‌های خازنی دو دیود به صورت سری با یکدیگر قرار می‌گیرند، نصف می‌کند. باید به خاطر داشته باشیم که مقاومت‌های سری دو برابر می‌شوند و این مسئله بر مقدار Q تاثیر می‌گذارد.

راه اندازی ورکتور به صورت پشت به پشت (back to back)

هنگام طراحی یک مدار با استفاده از دیود ورکتور، مراقبت‌های لازم باید به عمل آید تا از قرار گرفتن دیود در بایاس مستقیم جلوگیری شود. مخصوصا هنگامی که میزان ولتاژ بایاس معکوس پائین است، سیگنال‌های موجود در قسمت RF مدار در بعضی از قسمت‌های سیکل خود به اندازه‌ی کافی بزرگ می‌شوند به طوری که می‌توانند بر ولتاژ بایاس غلبه نموده و دیود را در بایاس مستقیم قرار دهند، این مسئله منجر به تولید سیگنال‌های ناخواسته و به دنبال آن تاثیرات منفی دیگری در مدار می‌شود

 

منبع: بازار برق