वैरिकैप

इलेक्ट्रानिक्स में, एक वैरिकैप डायोड, वैराक्टर डायोड, वेरिएबल समाई डायोड, वेरिएबल रिएक्शन डायोड या ट्यूनिंग डायोड एक प्रकार का डायोड है जिसे रिवर्स-बायस्ड पी-एन जंक्शन के वोल्टेज-निर्भर कैपेसिटेंस का फायदा उठाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

अनुप्रयोग
वैरेक्टर का उपयोग वोल्टेज-नियंत्रित संधारित्र के रूप में किया जाता है। वे आमतौर पर वोल्टेज-नियंत्रित ऑसिलेटर्स, पैरामीट्रिक एम्पलीफायरों और आवृत्ति गुणक में उपयोग किए जाते हैं। वोल्टेज-नियंत्रित ऑसिलेटर्स में कई अनुप्रयोग होते हैं जैसे एफएम ट्रांसमीटरों के लिए आवृति का उतार - चढ़ाव और फ़ेज़-लॉक्ड लूप। चरण बंद लूप का उपयोग आवृत्ति सिंथेसाइज़र के लिए किया जाता है जो कई रेडियो, टीवी सेट और सेलुलर टेलीफोन को ट्यून करता है।

वैरिकैप को रेमो वूल्ड्रिज कॉर्पोरेशन की पैसिफिक सेमीकंडक्टर सहायक कंपनी द्वारा विकसित किया गया था, जिसे जून 1961 में डिवाइस के लिए पेटेंट प्राप्त हुआ था। अक्टूबर 1967 में पैसिफिक सेमीकंडक्टर्स के उत्तराधिकारी TRW Inc. द्वारा डिवाइस के नाम को Varicap के रूप में ट्रेडमार्क भी किया गया था। यह डिवाइस के विभिन्न नामों की व्याख्या करने में मदद करता है क्योंकि यह उपयोग में आया था।

ऑपरेशन
वैरेक्टर एक विपरीत पक्षपात स्थिति में संचालित होते हैं, इसलिए डिवाइस के माध्यम से कोई डीसी करंट प्रवाहित नहीं होता है। रिवर्स बायस की मात्रा कमी क्षेत्र की मोटाई को नियंत्रित करती है और इसलिए वैराक्टर के जंक्शन कैपेसिटेंस को नियंत्रित करती है। समाई परिवर्तन की विशेषता डोपिंग प्रोफाइल पर निर्भर करती है। आम तौर पर, अचानक जंक्शन प्रोफ़ाइल के लिए, कमी क्षेत्र की मोटाई लागू वोल्टेज के वर्गमूल के समानुपाती होती है, और समाई कमी क्षेत्र की मोटाई के व्युत्क्रमानुपाती होती है। इस प्रकार, समाई लागू वोल्टेज के वर्गमूल के व्युत्क्रमानुपाती होती है। हाइपरब्रप्ट जंक्शन प्रोफाइल कैपेसिटेंस परिवर्तन के लिए अधिक गैर-रैखिक है, लेकिन हाइपरब्रप्ट वैरिकैप्स में बड़ी कैपेसिटेंस भिन्नता है और कम वोल्टेज के साथ काम कर सकती है।

सभी डायोड इस चर जंक्शन समाई को प्रदर्शित करते हैं, लेकिन प्रभाव का फायदा उठाने और समाई भिन्नता को बढ़ाने के लिए वैरेक्टर का निर्माण किया जाता है।

आंकड़ा एक पी-एन जंक्शन के गठन की कमी परत के साथ एक वैरेक्टर के क्रॉस सेक्शन का एक उदाहरण दिखाता है। यह कमी परत MOSFET या Schottky डायोड से भी बनाई जा सकती है। यह CMOS और MMIC तकनीक में महत्वपूर्ण है।

एक सर्किट
में प्रयोग करें

ट्यूनिंग सर्किट
आम तौर पर एक सर्किट में वैरिकैप डायोड के उपयोग के लिए इसे एक ट्यून्ड सर्किट से जोड़ने की आवश्यकता होती है, आमतौर पर किसी मौजूदा कैपेसिटेंस या इंडक्शन के साथ समानांतर में। इसकी धारिता को बदलने के लिए वैरिकैप पर रिवर्स बायस के रूप में डीसी वोल्टेज लगाया जाता है। डीसी बायस वोल्टेज को ट्यूनेड सर्किट में प्रवेश करने से रोकना चाहिए। इसके साथ सीरीज़ में वैरिकैप डायोड की अधिकतम कैपेसिटेंस से लगभग 100 गुना अधिक कैपेसिटेंस वाले डीसी ब्लॉकिंग कैपेसिटर को लगाकर और उच्च प्रतिबाधा स्रोत से वैरिकैप कैथोड और ब्लॉकिंग कैपेसिटर के बीच नोड पर डीसी लगाकर इसे पूरा किया जा सकता है। साथ में आरेख में ऊपरी बाएँ सर्किट में दिखाया गया है। चूंकि वैरिकैप में कोई महत्वपूर्ण डीसी करंट प्रवाहित नहीं होता है, इसलिए इसके कैथोड को वापस डीसी कंट्रोल वोल्टेज रेसिस्टर से जोड़ने वाले प्रतिरोधक का मान 22 kΩ से 150 kΩ की सीमा में हो सकता है और अवरुद्ध संधारित्र कहीं 5–100 nF की सीमा में हो सकता है. कभी-कभी, बहुत उच्च-क्यू ट्यून किए गए सर्किट के साथ, एक प्रेरक को नियंत्रण वोल्टेज के स्रोत प्रतिबाधा को बढ़ाने के लिए प्रतिरोधी के साथ श्रृंखला में रखा जाता है ताकि ट्यून सर्किट को लोड न किया जा सके और इसके क्यू को कम किया जा सके।

एक अन्य सामान्य कॉन्फ़िगरेशन दो बैक-टू-बैक (एनोड से एनोड) वैरिकैप डायोड का उपयोग करता है। (आरेख में निचले बाएँ सर्किट देखें।) दूसरा वैरिकैप प्रभावी रूप से पहले सर्किट में अवरोधक संधारित्र को बदल देता है। यह समग्र समाई और समाई सीमा को आधे से कम कर देता है, लेकिन प्रत्येक डिवाइस में वोल्टेज के एसी घटक को कम करने का लाभ होता है और सममित विरूपण होता है, एसी घटक के पास वैरिकैप्स को आगे चालन में पूर्वाग्रह करने के लिए पर्याप्त आयाम होना चाहिए।

वैरिकैप के साथ ट्यूनिंग सर्किट डिजाइन करते समय आमतौर पर वैरिकैप में वोल्टेज के एसी घटक को न्यूनतम स्तर पर बनाए रखना अच्छा होता है, आमतौर पर डायोड कैपेसिटेंस को बहुत अधिक बदलने से रोकने के लिए 100 mV चोटी से चोटी तक, जो सिग्नल को विकृत कर देगा और हार्मोनिक्स जोड़ें।

एक तीसरा सर्किट, आरेख में शीर्ष दाईं ओर, दो श्रृंखला से जुड़े वैरिकैप और अलग डीसी और एसी सिग्नल ग्राउंड कनेक्शन का उपयोग करता है। डीसी ग्राउंड को एक पारंपरिक ग्राउंड सिंबल के रूप में दिखाया गया है, और एसी ग्राउंड को एक खुले त्रिकोण के रूप में दिखाया गया है। आधारों का पृथक्करण अक्सर (i) निम्न-आवृत्ति वाले ग्राउंड नोड से उच्च-आवृत्ति विकिरण को रोकने के लिए किया जाता है, और (ii) एसी ग्राउंड नोड में डीसी धाराओं को बदलते पूर्वाग्रह और वैरिकैप्स और ट्रांजिस्टर जैसे सक्रिय उपकरणों के ऑपरेटिंग बिंदुओं को रोकने के लिए किया जाता है।

ये सर्किट कॉन्फ़िगरेशन टेलीविज़न ट्यूनर और इलेक्ट्रॉनिक रूप से ट्यून किए गए प्रसारण AM और FM रिसीवर, साथ ही साथ अन्य संचार उपकरण और औद्योगिक उपकरण में काफी सामान्य हैं। शुरुआती वैरिकैप डायोड को आमतौर पर अपनी पूर्ण समाई रेंज प्राप्त करने के लिए 0–33 V की रिवर्स वोल्टेज रेंज की आवश्यकता होती है, जो अभी भी काफी छोटी थी, लगभग 1–10 pF। ये प्रकार थे - और अभी भी - टेलीविजन ट्यूनर में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, जिनकी उच्च वाहक आवृत्तियों को समाई में केवल छोटे परिवर्तन की आवश्यकता होती है।

समय के साथ, वैरिकैप डायोड विकसित किए गए थे, जो बड़े कैपेसिटेंस रेंज, 100–500 pF, रिवर्स बायस में अपेक्षाकृत छोटे बदलावों के साथ: 0–5 V या 0–12 V प्रदर्शित करते थे। ये नए उपकरण इलेक्ट्रॉनिक रूप से ट्यून किए गए AM प्रसारण रिसीवर को भी महसूस करने की अनुमति देते हैं। आम तौर पर 10 मेगाहर्ट्ज से कम आवृत्तियों पर बड़े कैपेसिटेंस परिवर्तन की आवश्यकता वाले अन्य कार्यों की भीड़ के रूप में। खुदरा दुकानों में उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रॉनिक सुरक्षा टैग पाठकों के कुछ डिज़ाइनों को उनके वोल्टेज-नियंत्रित ऑसिलेटर्स में इन उच्च कैपेसिटेंस वैरिकैप्स की आवश्यकता होती है।

पृष्ठ के शीर्ष पर दर्शाए गए तीन लीड डिवाइस आम तौर पर एक ही पैकेज में दो सामान्य कैथोड से जुड़े वैरिकैप होते हैं। दाईं ओर दर्शाए गए उपभोक्ता एएम/एफएम ट्यूनर में, एक सिंगल डुअल-पैकेज वैरिकैप डायोड टैंक सर्किट (मुख्य स्टेशन चयनकर्ता) के पासबैंड और प्रत्येक के लिए एक सिंगल वेरिकैप के साथ स्थानीय ऑसिलेटर दोनों को समायोजित करता है। यह लागत कम रखने के लिए किया जाता है - दो दोहरे पैकेज का उपयोग किया जा सकता था, एक टैंक के लिए और एक ऑसिलेटर के लिए, सभी में चार डायोड, और यही LA1851N AM रेडियो चिप के लिए एप्लिकेशन डेटा में दर्शाया गया था। एफएम अनुभाग में उपयोग किए जाने वाले दो लो-कैपेसिटेंस डुअल वैरेक्टर (जो लगभग एक सौ गुना अधिक आवृत्ति पर संचालित होते हैं) को लाल तीरों द्वारा हाइलाइट किया जाता है। इस मामले में टैंक / बैंडपास फिल्टर के लिए दोहरे पैकेज और स्थानीय ऑसिलेटर के लिए दोहरे पैकेज के माध्यम से चार डायोड का उपयोग किया जाता है।

हार्मोनिक गुणन
कुछ अनुप्रयोगों में, जैसे फ़्रिक्वेंसी मल्टीप्लायर # वैरेक्टर डायोड, एक बड़े सिग्नल आयाम वैकल्पिक वोल्टेज को वैरिकाप में जानबूझकर उच्च हार्मोनिक्स उत्पन्न करने के लिए सिग्नल दर पर कैपेसिटेंस को अलग करने के लिए लागू किया जाता है, जिसे फ़िल्टरिंग के माध्यम से निकाला जाता है। यदि वैरिकैप के माध्यम से संचालित पर्याप्त आयाम की साइन वेव करंट लगाया जाता है, तो परिणामी वोल्टेज अधिक त्रिकोणीय आकार में आ जाता है, और विषम हार्मोनिक्स उत्पन्न होते हैं।

इस उच्च आवृत्ति पर संचालित करने के लिए पर्याप्त ट्रांजिस्टर विकसित किए जाने से पहले यह एक प्रारंभिक विधि थी जिसका उपयोग 3–400 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर लगभग 20 वाट से मध्यम शक्ति, 1–2 GHz पर 1-5 वाट पर माइक्रोवेव आवृत्तियों को उत्पन्न करने के लिए किया जाता था। इस तकनीक का उपयोग अभी भी 100 GHz – 1 THz रेंज में बहुत अधिक आवृत्तियों को उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, जहाँ सबसे तेज़ GaAs ट्रांजिस्टर अभी भी अपर्याप्त हैं।

वैरिकैप डायोड्स के लिए स्थानापन्न
सभी सेमीकंडक्टर जंक्शन डिवाइस प्रभाव प्रदर्शित करते हैं, इसलिए उन्हें वैरिकैप्स के रूप में उपयोग किया जा सकता है, लेकिन उनकी विशेषताओं को नियंत्रित नहीं किया जाएगा और बैचों के बीच व्यापक रूप से भिन्न हो सकते हैं।

लोकप्रिय मेकशिफ्ट वैरिकैप में एलईडी शामिल हैं, 1N400X श्रृंखला दिष्टकारी डायोड, Schottky रेक्टीफायर्स और उनके कलेक्टर-बेस जंक्शनों के साथ उपयोग किए जाने वाले विभिन्न ट्रांजिस्टर रिवर्स बायस्ड, विशेष रूप से 2N2222 और BC548। जब तक एसी आयाम छोटा रहता है तब तक ट्रांजिस्टर के एमिटर-बेस जंक्शनों को रिवर्स बायसिंग करना भी काफी प्रभावी होता है। हिमस्खलन प्रक्रिया शुरू होने से पहले अधिकतम रिवर्स बायस वोल्टेज आमतौर पर 5 और 7 वोल्ट के बीच होता है। अधिक जंक्शन क्षेत्र वाले उच्च-वर्तमान उपकरणों में उच्च समाई होती है। Philips BA 102 वैरिकैप और एक सामान्य जेनर डायोड, 1N5408, जंक्शन कैपेसिटेंस में समान परिवर्तन प्रदर्शित करता है, इस अपवाद के साथ कि BA 102 में जंक्शन कैपेसिटेंस (जबकि 1N5408 नहीं है) और Q फ़ैक्टर के संबंध में विशेषताओं का एक निर्दिष्ट सेट होता है | 1N5408 का Q कम है।

वैरिकैप के विकास से पहले, मोटर चालित परिवर्तनीय संधारित्र या संतृप्त रिएक्टर | सैचुरेबल-कोर रिएक्टरों का उपयोग वीसीओ और द्वितीय विश्व युद्ध के जर्मन स्पेकट्रूम विशेष्यग्य जैसे उपकरणों के फिल्टर में विद्युत रूप से नियंत्रित प्रतिक्रिया के रूप में किया जाता था।

यह भी देखें

 * हेटरोस्ट्रक्चर बैरियर वैराक्टर वेरिएबल कैपेसिटेंस वाले सिमिट्रिक सेमीकंडक्टर डिवाइस हैं।
 * हिस्टैरिसीस प्रभाव के कारण फेरोइलेक्ट्रिक कैपेसिटर में परिवर्तनशील समाई होती है।
 * प्रसार समाई

अग्रिम पठन

 * Mortenson, Kenneth E. (1974). Variable capacitance diodes: the operation and characterization of varactor, charge storage and PIN diodes for RF and microwave applications. Dedham, Mass.: Artech House.
 * Penfield, Paul and Rafuse, Robert P. (1962). Varactor applications. Cambridge, M.I.T. Press.

बाहरी संबंध

 * Learning by Simulations Calculation of the characteristics of a varactor diode for various doping profiles
 * Trimless IF VCO: Part 1: Design Considerations from Maxim.
 * Basics of varactor diode with design tips