Informations- und Kommunikationstechnik

Kapazitätsdiode - Varicap

Varicap mit C-Formel

Eine Kapazitätsdiode wird stets in Sperrrichtung betrieben. Solange die Sperrzone nicht abgebaut ist, lässt sich dieser Bereich mit einem Kondensator vergleichen. Der nicht leitende Bereich der Sperrzone entspricht dem Dielektrikum εr. Die angrenzenden p- und n-Halbleiterflächen bildet die geladenen Kondensatorplatten. Der Kapazitätswert eines Kondensators wird durch den Plattenabstand, der Querschnittsfläche und dem Dielektrikum bestimmt.

Ein Variieren der Sperrspannung an der Diode verändert die Breite l der Sperrzone und damit den Kapazitätswert der Sperrschicht. Mit zunehmender Sperrspannung verbreitert sich die Sperrzone und die Kapazität nimmt ab. Diese Eigenschaft ist bei allen Dioden im Sperrbereich nachweisbar.

Kapazitätsdioden werden auch Varicaps oder Varaktordioden genannt. Es sind speziell dotierte Dioden mit relativ breiter Sperrzone. Durch kleinere Änderungen der Sperrspannung kann die Sperrschichtbreite gut definiert variiert werden. Der Grad der Dotierung des Halbleiterkristalls nimmt von der Kontaktzone, der Sperrschicht, zum Halbleiteranschluss hin nichtlinear zu.

Varicap, C/U-Diagramm

Die Kennlinien von Varicaps verlaufen nicht linear. Die maximale Sperrspannung liegt zwischen 20 ... 60 Volt. In der Nachrichtentechnik verwendete Dioden nutzen einen 3 ... 30 Volt großen Aussteuerbereich. Das Kapazitätsverhältnis nimmt dabei Werte zwischen 2,5 ... 6,5 an. Einige Dioden weisen mit ΔC/ΔU = 10 pF/V eine sehr große Kapazitätsvarianz auf. Die Sperrschichtkapazität dieser Dioden kann 500 pF erreichen. Im Arbeitsbereich höherer Sperrspannungen sind Varicaps nur wenig von der Temperatur abhängig. Ihr Temperaturbeiwert beträgt dort um 4·10−4 K.

Varicaps werden zur Abstimmung von Empfangsschwingkreisen, der Senderabstimmung und Oszillatoren eingesetzt und haben dort vielfach die bisher verwendeten Drehkondensatoren ersetzt. Viele Abstimmdioden besitzen 3 oder 4 Anschlussbeinchen. Im gemeinsamen Gehäuse sind dann zwei gleiche Dioden gegeneinander in Reihe geschaltet. Durch die Wechselspannung in Oszillatorschaltung käme es bei nur einer Diode zur periodischen Arbeitspunktverschiebung auf der gekrümmten Kennlinie. Dabei könnten unerwünschte Verzerrungen im HF-Bereich entstehen und bei großen Amplituden ist die Gefahr gegeben, dass die Diode während der einen Halbperiode in den Gleichrichtbetrieb gelangt.