دیود خازنی (واراکتور)

قطعه الکترونیکی دیود خازنی قطعاتی نیمه رسانا هستند که به صورت گسترده ای در صنعت الکترونیک بکار برده می شوند و در استعمال هایی متنوعی نظیر گنجایش خازنی متغیر که به وسیله ولتاژ مهار می شود کاربرد ویژه ای دارد.. اصطلاحاتی مانند دیود واریکاپ و دیود خازنی می توانند به جای یکدیگر به کار برده شوند اما بیشتر مواقع  مورد دومی را بکار می برند.

 با آنکه قطعه الکترونیکی دیود های پیوند PN معمولی هم از خود، خاصیت خازنی ناپایدار نشان می دهند اما نمی توانند در کاربرد ها به کار برده شوند، اما دیود های ویژه برای ایجاد تحولات مورد نظر در گنجایش خارنی به شیوه بهینه اعمال شده اند. این نوع دیود ها به علت شیوه تولید ویژه خود می توانند در چارچوب گسترده تری گنجایش خازنی را تغییر دهند. اقسام مختلفی از این نوع دیود ها موجودند از آنهایی که تحولات تقریبا استانداردی در گنجایش خازنی اعمال کرده اند تا آن هایی که تحولات زیاد و فوق زیاد ایجاد کرده اند.

این دیود از قطعات پر استفاده در مدارهای الکترونیکی است که شناسایی آن برای هر مهندسی الزامی است. همانگونه که مشخص است عبارت دیود خازنی از دو بخش دیود و خازن ایجاد شده و نمایانگر این است ‌که این قطعه مشخصه و خصوصیت هر دو را شامل می شود. این دیود ها خازن های ناپایداری هستند.

ساختار دیود خازنی ( واراکتور) چگونه است؟

قطعه الکترونیکی دیود خازنی (واراکتور) معمولا از نیمه هادی گونه P  و  N تولید شده است. در نیمه هادی گونه N ، الکترون های آزاد حامل های  بیشترین و شکاف ها حامل  های کمترین هستند. در این صورت الکترون های آزاد در یک نیمه هادی گونه N قسمت بیشتر جریان را در بر دارد. ولی در نیمه هادی گونه P شکاف ها به منزله حامل های بیشترین و الکترون های آزاد حامل های کمترین به حساب می آیند. در این صورت در این نوع نیمه هادی بخش بیشتر جریان به وسیله شکاف ها حمل می شود.

هنگامی که یک نیمه هادی گونه P با یک نیمه هادی گونه N برخورد کند یک پیوند P-N میان آنها صورت می گیرد.

این نوع پیوند ، نیمه هادی نوع N و P را از همدیگر مجزا می کند. در ناحیه متصل شدن این دو نیمه هادی یک بخش تخلیه (Depletion Region) تولید می شود. این بخش تخلیه به بخشی گفته می شود که الکترون های آزاد و شکاف ها موجود نمی باشند. بخش تخلیه معمولا از یون های منفی و مثبت ایجاد می شود. این یون ها چه مثبت و چه منفی از سویی به سوی دیگر نمی روند. بخش تخلیه سبب می شود الکترون های آزاد را از سوی N و شکاف ها را از سوی P مسدود کنند. در این صورت این تخلیه حایل جریان الکتریکی در  امتداد پیوند  N-P می شود.

کاربرد های متنوع دیود خازنی (واراکتور)

کاربرد قطعه الکترونیکی دیود خازنی (واراکتور) بسیار متنوع هستند که می توان به موارد زیر اشاره کرد:

این  دیود در بایاس وارونه معمولا فعال است، در این صورت جریانی از این قطعه الکترونیکی عبور نخواهد کرد. اما موقعی که وسعت بخش تخلیه به علت فشار الکتریکی بایاس دیود تحول یابد، مقدار گنجایش خازنی این قطعه الکتریکی هم تغییر می یابد. معمولا وسعت بخش تخلیه به مجذور فشار الکتریکی به کار برده شده وابسته است و گنجایش خازنی این قطعه رابطه عکسی با وسعت بخش تخلیه دارد. در این صورت گنجایش دیود خازنی با مجذور فشار الکتریکی ورودی رابطه عکس دارد. این خاصیت در کلیه دیود ها در برخی زاویه ها صدق می کند ولی این نوع دیود ها به نحوه خاصی تولید می شوند که گنجایش خازنی مطلوب و رِنج گسترده تری داشته باشند که در سایر دیود های برعکس این است.

از دیگر کاربرد قطعه الکترونیکی دیود خازنی (واراکتور) می توان به این مورد نیز اشاره کرد که از آن در مدار های RF به صورت وسیعی استفاده می شود چرا که تحولات فشار الکتریکی دو سر آن گنجایش خازنی آن را می تواند تغییر دهد.

نحوه عملکرد دیود خازنی(واراکتور)

هنگامی که یک فشار الکتریکی بایاس وارون به قطعه الکترونیکی دیود خازنی (واراکتور) وارد شود، الکترون ها از قسمت نیمه هادی گونه N و شکاف ها از قسمت نیمه هادی گونه P از پیوند جدا می شوند.

سرانجام وسعت بخش تخلیه بالا می رود و گنجایش خازنی هم پایین می آید.‌ با این وجود چنانچه فشار الکتریکی بایاس وارون خیلی کم باشد گنجایش دیود خازنی اندکی بزرگتر خواهد بود. میزان کاپاسیتانس این نوع دیود به شیوه وارون با وسعت بخش تخلیه و به شیوه مستقیم با گستردگی نواحی نیمه هادی P  و   N هماهنگ است. در این صورت میزان گنجایش خازنی با بالا رفتن گستردگی بخش تخلیه کم می شود.

ولی اگر فشار الکتریکی بایاس وارون افزایش یابد گستردگی بخش تخلیه هم بیشتر خواهد شد و میزان گنجایش خازن هم هماهنگ با آن کم تر می شود. از سویی دیگر اگر فشار الکتریکی بایاس وارون پایین آید وسعت بخش تخلیه، کم می شود و گنجایش خازنی هم بالا می رود.

مشخصه های دیود خازنی(واراکتور)

هرچند قطعه الکترونیکی دیود خازنی به علت اینکه از پیوند P-N تولید شده است حاوی مختصه های اصولی مشابه با دیگر ابزار پیوند P-N است، ولی این نوع دیود چندین خصوصیت و پارامتر عمده دارد که برای تشریح و معلوم کردن کارکرد این دیود به منزله یک خازن ناپایدار ضروری هستند. میزان کاپاسیتانس و تغییر شیوه کاپاسیتانس از نظر فشار الکتریکی دو مشخصه عمده در قطعه الکترونیکی دیود خازنی(واراکتومی) به حساب می آیند. همچنین  خصوصیت نقطه شکست وارون از اهمیت ویژه ای در این مدار برخوردار است. چرا که معمولا به یک فشار الکتریکی وارون تقریبا بزرگ نیاز است تا گنجایش این دیوید به حداقل میزان خود کاهش داده شود.

یک مولفه دیگر که در این نوع دیود دارای اهمیت است، پارامتر سطح کیفی  (Quality Factor) یا Q است که این مولفه می تواند اثر بخشی خیلی روشنی در کارکرد مدار کلی ایجاد کند. میزان محدود از پارامتر Q در این نوع دیود منتهی به کم شدن گزینش گری یک فیلتر می شود و یا به بیانی دیگر بر Phase Noise یک اسیلاتور به کمک واراکتور اثر می گذارد.