7. Применение варикапов

1. Электронная настройка колебательного контура

Обычно колебательные контуры радиоприемников и радиопередатчиков настраиваются при помощи воздушных конденсаторов переменной емкости. При необходимости применять электронную настройку до сих пор использовались дроссели с переменной индуктивностью, вариконды и реактивные лампы. Однако громоздкость дросселей, низкая добротность варикондов и большое потребление энергии реактивными лампами препятствовали широкому внедрению электронной настройки. Использование варикапов в этой области открывает возможность электронной настройки колебательного контура простыми и удобными техническими средствами. На рис. 5 – а) приведена схема включения варикапа в колебательный контур. Контур образован индуктивностью L и емкостью варикапа С_в. Разделительный конденсатор С_р служит для того, чтобы индуктивность L не закорачивала варикап по постоянному току. Емкость конденсатора С_р должна быть в несколько десятков или сотен раз больше емкости варикапа. В качестве варикапов в колебательных контурах радиоприемников могут быть использованы, например, кремниевые стабилитроны Д808 - Д817.

Рис. 5 – Принципиальная схема электронной настройки колебательного контура

Включение варикапов по схеме, показанной на рис. 5 – б), позволяет значительно уменьшить расстройку контура при действии переменного напряжения. В этой схеме варикапы включены по высокой частоте последовательно и, что самое главное, встречно. Благодаря встречному включению при любом изменении напряжения на контуре напряжение на одном из варикапов увеличивается, а на другом уменьшается.

Варикапы применяются также для автоматической электронной настройки контуров, например, для автоматической подстройки частоты (АПЧ) гетеродина приемника частотно-модулированных сигналов в диапазоне ультракоротких волн.

2. Преобразователь постоянного напряжения в переменное

Малые переменные напряжения легче усиливать, чем малые постоянные. Поэтому преобразование малых постоянных напряжений в

переменные широко применяется в усилительной технике. Устройство для преобразования постоянного напряжения в переменное с использованием варикапов не требует механических или иных преобразователей и транзисторов. В основе преобразователя на варикапах лежит мостовая схема (Рис.6). Аналогичные схемы используются также для параметрических усилителей, усилителей фототоков, стабилизаторов напряжения и различных измерительных устройств. Мостовая схема не только преобразует постоянное входное напряжение в переменное, но и усиливает входной сигнал по мощности. Достоинством описываемой схемы (помимо высокого входного сопротивления) является отсутствие механических прерывателей или транзисторов. Недостатком схемы является температурный уход нуля, т. е. возникновение напряжения разбаланса при изменении температуры (и при отсутствии входного сигнала).

Рис. 6 – Преобразователь постоянного напряжения в переменное

3. Параметрический усилитель низкой частоты

В настоящее время параметрические усилители широко используются для усиления слабых сигналов. Важным преимуществом параметрических усилителей является малый уровень собственных шумов. Варикапы C_В1 и С_В2 с подстроечными конденсаторами C₁ и С₂ включены в плечи резонансной мостовой схемы, настроенной на частоту раскачки f_р, которая выбирается много выше усиливаемой низкой частоты. Варикапы включены таким образом, что при действии входного напряжения низкой частоты U_BX емкость одного из них увеличивается, а емкость другого уменьшается. Батареи постоянного смещения Б₁ и Б₂ заблокированы для частоты раскачки емкостями С_бл1 и С_бл2. Блокировочная емкость С_бл3 служит для заземления катушки индуктивности L для частоты раскачки. Для источника входного сигнала низкой частоты эта емкость является высоким сопротивлением. При отсутствии входного сигнала мост немного разбалансирован, т. е. в точке А имеется напряжение частоты раскачки. При действии входного сигнала происходит изменение емкости варикапов и, следовательно, большая или меньшая разбалансировка моста. В результате этого выходное напряжение моста модулируется с частотой сигнала. Затем это модулированное напряжение усиливается усилителем У и детектируется детектором Д. Напряжение низкой частоты на выходе детектора пропорционально входному сигналу. Поскольку напряжение разбаланса на выходе детектора отфильтровывается и не попадает в нагрузку, то величина разбаланса моста не критична. В описываемой схеме может быть достигнут меньший уровень собственных шумов, чем в ламповых или транзисторных усилителях низкой частоты.

Рис. 7 – Параметрический усилитель низкой частоты

4. Параметрический усилитель фототоков

У силение фототоков с использованием фотоварикапов состоит в том, что фотоварикап включается в одно из плеч моста параметрического усилителя. Изменение светового потока, падающего на фотоварикап, приводит к изменению напряжения на p-n переходе и к изменению емкости p-n перехода, что в свою очередь приводит к появлению сигнала на выходе параметрического усилителя.

Рис. 8 - Параметрический усилитель фототоков

5.Стабилизация малых постоянных напряжений

Зависимость емкости варикапа от постоянного напряжения может быть использована для стабилизации постоянных напряжений. Напряжение стабилизации стабилитронов, выпускаемых промышленностью, лежит в пределах 5,6—40 В (стабилитроны 2С156А, Д817). При меньших напряжениях целесообразно использовать варикапы, тем более что при уменьшении постоянного напряжения коэффициент нелинейности варикапа увеличивается. Схема стабилизации постоянного напряжения; использующая варикапы, приведена на рис. 9.

Рис. 9 – Схема для стабилизации малых постоянных напряжений

Напряжение источника питания U приложено к транзистору Т, в коллекторной цепи которого включено сопротивление нагрузки R_H. Напряжение на нагрузке U_H определяется током коллектора транзистора, протекающим через сопротивление нагрузки. Напряжение U_Н приложено в запорном направлении к варикапу, который включен в одно из плеч мостовой схемы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Применение тиристоров в таких устройствах, как регуляторы мощности и управляемые выпрямители, позволяет получать большие токи в нагрузке при незначительной мощности, затрачиваемой в цепи управления тиристора. А также делают эти устройства более надежными, компактными и экономичными в использовании. Снижается и себестоимость регулятора мощности, в результате отсутствия трансформатора с медной обмоткой.

Среди полупроводниковых приборов варикап занимает особое место. Несмотря на свою молодость, он уверенно входит в радиоэлектронику. Применение варикапов далеко не исчерпывается примерами из данного реферата. Варикапы используются также для частотной модуляции ДС и LC автогенераторов, для электронной перестройки фильтров, в схемах автоматического поиска радиоприемником передающей станции, в триггерных схемах, в схемах регулируемой задержки и др. Во многих вычислительных машинах используются параметроны — генераторы параметрических колебаний на варикапах. В ближайшие годы получат широкое применение фотоварикапы, так как они позволяют сочетать в одном полупроводниковом приборе преобразование светового сигнала в электрический и параметрическое усиление электрического сигнала, в частности, перспективным является использование фотоварикапов в схемах автоматики, управляемых световыми сигналами.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Касаткин А.С., Немцов М.В.Электротехника: Учеб. пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 440 с., ил.

2. Интернет-ресурс www.ph4s.ru/book_elektroteh.html 2011.

3. Чернышова Т.И., Чернышов Н.Г. Электронные компоненты РЭС. Лаб. практикум (ТГТУ). 2005.28 с.

4. Интернет-ресурс RadioStorage.net.

5. Интернет-ресурс wikipedia.org