वैरिकैप

इलेक्ट्रानिक्स में, वैरिकैप डायोड, वैरेक्टर डायोड, चर (वैरिएबल) धारिता डायोड, वैरिएबल प्रक्रिया डायोड या ट्यूनिंग डायोड प्रकार का डायोड है जिसे रिवर्स-बायस्ड पी-एन जंक्शन के वोल्टेज-निर्भर धारिता का लाभ उठाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

अनुप्रयोग
वैरेक्टर का उपयोग वोल्टेज-नियंत्रित संधारित्र के रूप में किया जाता है। वे समान्यतः वोल्टेज-नियंत्रित ऑसिलेटर्स, पैरामीट्रिक प्रर्वधक 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 में किया जाता हैं। 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 अर्धचालक सहायक कंपनी द्वारा विकसित किया गया था, जिसे जून 1961 में उपकरण के लिए पेटेंट प्राप्त हुआ था। अक्टूबर 1967 में पैसिफिक सेमीकंडक्टर्स के उत्तराधिकारी टीआरडब्ल्यू इंक द्वारा उपकरण के नाम को वैरीकैप के रूप में ट्रेडमार्क भी किया गया था। यह उपकरण के विभिन्न नामों की व्याख्या करने में सहायता करता है क्योंकि यह तब उपयोग में आया था।

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

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

आंकड़ा पी-एन जंक्शन के गठन की कमी परत के साथ वैरेक्टर के क्रॉस सेक्शन का उदाहरण दिखाता है। यह कमी परत मोसफेट (MOSFET) या स्कौट्की डायोड से भी बनाई जा सकती है। यह सीएमओएस (CMOS) और एमएमआईसी (MMIC) विधि में महत्वपूर्ण है।

ट्यूनिंग परिपथ
समान्यतः परिपथ में वैरिकैप डायोड के उपयोग के लिए इसे ट्यून्ड परिपथ से जोड़ने की आवश्यकता होती है, समान्यतः किसी मौजूदा धारिता या इंडक्शन के साथ समानांतर में। इसकी धारिता को परिवर्तित करने के लिए वैरिकैप पर रिवर्स बायस के रूप में डीसी वोल्टेज लगाया जाता है। डीसी बायस वोल्टेज को ट्यूनेड परिपथ में प्रवेश करने से रोकना चाहिए। इसके साथ सीरीज़ में वैरिकैप डायोड की अधिकतम धारिता से लगभग 100 गुना अधिक धारिता वाले डीसी ब्लॉकिंग संधारित्र को निरंतर और उच्च प्रतिबाधा स्रोत से वैरिकैप कैथोड और ब्लॉकिंग संधारित्र के बीच नोड पर डीसी निरंतर प्रवाहित होने से इसे पूरा किया जाता है। इसे साथ में आरेख में ऊपरी बाएँ परिपथ में दिखाया गया है। चूंकि वैरिकैप में कोई महत्वपूर्ण डीसी धारा प्रवाहित नहीं होता है, इसलिए इसके कैथोड को वापस डीसी नियंत्रक वोल्टेज प्रतिरोध से संयोजित करने वाले प्रतिरोध 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 परिपथ के साथ, प्रेरक को नियंत्रण वोल्टेज के स्रोत प्रतिबाधा को बढ़ाने के लिए प्रतिरोधी के साथ श्रृंखला में रखा जाता है जिससे कि ट्यून परिपथ को लोड न किया जा सके और इसके क्यू को कम किया जा सकता हैं।

एक अन्य सामान्य कॉन्फ़िगरेशन दो में एक के बाद एक (एनोड से एनोड) वैरिकैप डायोड का उपयोग करता है। (आरेख में निचले बाएँ परिपथ देखें।) दूसरा वैरिकैप प्रभावी रूप से पहले परिपथ में अवरोधक संधारित्र को परिवर्तित कर देता है। यह समग्र धारिता और धारिता सीमा को आधे से कम कर देता है, लेकिन प्रत्येक उपकरण 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 परिपथ डिजाइन करते समय समान्यतः वैरिकैप में वोल्टेज के एसी घटक को न्यूनतम स्तर पर बनाए रखना अच्छा होता है, समान्यतः डायोड धारिता को बहुत अधिक परिवर्तन से रोकने के लिए 100 मेगावाट की सीमा तक संकेत को विकृत कर देगा और हार्मोनिक्स से संयोजित कर देता हैं।

इस प्रकार तीसरे परिपथ के आरेख में शीर्ष दाईं ओर, दो श्रृंखला से जुड़े वैरिकैप और अलग डीसी और एसी संकेत नियंत्रक क्षेत्र का उपयोग करता है। डीसी क्षेत्र को पारंपरिक क्षेत्र संकेत के रूप में दिखाया गया है, और एसी क्षेत्र को खुले त्रिकोण के रूप में दिखाया गया है। आधारों का पृथक्करण प्रायः (i) निम्न-आवृत्ति वाले क्षेत्र नोड से उच्च-आवृत्ति विकिरण को रोकने के लिए किया जाता है, और (ii) एसी क्षेत्र नोड में डीसी धाराओं को परिवर्तित पूर्वाग्रह और वैरिकैप्स और ट्रांजिस्टर जैसे सक्रिय उपकरणों के ऑपरेटिंग बिंदुओं को रोकने के लिए किया जाता है।

ये परिपथ 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 अधिक सामान्य हैं। शुरुआती वैरिकैप डायोड को समान्यतः अपनी पूर्ण धारिता सीमा प्राप्त करने के लिए 0–33 V की रिवर्स वोल्टेज सीमा की आवश्यकता होती है, जो अभी भी अधिक 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 धारिता में केवल छोटे परिवर्तन की आवश्यकता होती है।

समय के साथ, वैरिकैप डायोड विकसित किए गए थे, जो बड़े धारिता सीमा, 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। समान्यतः 10 मेगाहर्ट्ज से कम आवृत्तियों पर बड़े धारिता 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 धारिता वैरिकैप्स की आवश्यकता होती है।

पृष्ठ के शीर्ष पर दर्शाए गए तीन लीड उपकरण समान्यतः ही पैकेज में दो सामान्य कैथोड से जुड़े वैरिकैप होते हैं। दाईं ओर दर्शाए गए उपभोक्ता एएम/एफएम ट्यूनर में, सिंगल डुअल-पैकेज वैरिकैप डायोड टैंक परिपथ (मुख्य स्टेशन चयनकर्ता) के पासबैंड और प्रत्येक के लिए 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 जाता था, टैंक के लिए और 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-धारिता डुअल वैरेक्टर (जो लगभग सौ गुना अधिक आवृत्ति पर संचालित होते हैं) को लाल तीरों द्वारा हाइलाइट किया जाता है। इस स्थिति 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 आवृत्ति मल्टीप्लायर वैरेक्टर डायोड, बड़े संकेत आयाम वैकल्पिक वोल्टेज को वैरिकाप में उच्च हार्मोनिक्स उत्पन्न करने के लिए संकेत दर पर धारिता 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 तरंग की धारा में 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 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 विधि का उपयोग अभी भी 100 GHz – 1 THz सीमा 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 अर्धचालक जंक्शन उपकरण प्रभाव प्रदर्शित करते हैं, इसलिए उन्हें वैरिकैप्स के रूप में उपयोग किया जाता 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 सम्मलित हैं, 1N400X श्रृंखला में दिष्टकारी डायोड, स्कौट्की रेक्टीफायर्स और उनके कलेक्टर-बेस जंक्शनों के साथ उपयोग किए जाने वाले विभिन्न ट्रांजिस्टर रिवर्स बायस्ड, विशेष रूप से 2N2222 और BC548 में इसका उपयोग किया जाता हैं। इस प्रकार जब तक एसी आयाम छोटा रहता है तब तक ट्रांजिस्टर के एमिटर-बेस जंक्शनों को रिवर्स बायसिंग करना भी अधिक प्रभावी होता है। हिमस्खलन प्रक्रिया प्रारंभ होने से पहले अधिकतम रिवर्स बायस वोल्टेज समान्यतः 5 और 7 वोल्ट के बीच होता है। अधिक जंक्शन क्षेत्र वाले उच्च-वर्तमान उपकरणों में उच्च धारिता होती है। फिलिप्स BA 102 वैरिकैप और सामान्य जेनर डायोड, 1N5408, जंक्शन धारिता में समान परिवर्तन प्रदर्शित करता है, इस अपवाद के साथ कि BA 102 में जंक्शन धारिता (जबकि 1N5408 नहीं है) और Q फ़ैक्टर के संबंध में विशेषताओं का निर्दिष्ट सेट होता है | इस प्रकार 1N5408 का Q कम होता है।

वैरिकैप के विकास से पहले, मोटर चालित परिवर्तनीय संधारित्र या संतृप्त रिएक्टर या 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 वैरिएबल धारिता वाले सिमिट्रिक अर्धचालक उपकरण हैं।
 * हिस्टैरिसीस प्रभाव के कारण फेरोइलेक्ट्रिक संधारित्र में परिवर्तनशील धारिता होती है।
 * प्रसार धारिता

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