Diodo Varicap. Funcionamiento.

Hola técnicos. En esta entrada vamos a hablar sobre el diodo de capacidad variable conocido como Varicap; o también conocido como condensador variable por voltaje, Varactor. Un diodo Varicap es un diodo que funciona en la zona inversa de funcionamiento.

Cuando se forma un diodo de unión se unen un cristal tipo P y otro tipo N y se fusionan en una unión. Algunos electrones del material N pasan al material P donde neutralizan los huecos existentes y generan dipolos que genera una delgada zona donde no hay portadores libres ni huecos ni electrones que se llama región de agotamiento o empobrecimiento. Esta región actúa como aislante del diodo que impide el paso de corriente por el dispositivo.

Cuando se polariza directamente el diodo Varicap, existe una circulación de corriente que obligará a los huecos (representados con la carga positiva), y a los electrones (representados con carga negativa), a moverse hacia la unión donde se combinan y producen una corriente permanente dentro del diodo así como en el exterior mientras que exista una fuente de polarización externa. En este caso de polarización directa, la región de agotamiento desaparece instantáneamente.

El diodo de unión con polarización inversa actúa como un pequeño condensador. Los materiales P y N hacen las veces de placas del condensador, y la región de agotamiento actúa como dieléctrico. Por lo tanto el grosor de la región de agotamiento determina el grosor del dieléctrico y por tanto el valor de la capacidad. A mayor tensión inversa del diodo, mayor será la región de agotamiento y menor será la capacidad del diodo Varicap. A menor tensión inversa del diodo, menor será la región de agotamiento y mayor será la capacidad del Varicap.

Esto anteriormente tiene sentido gracias a que mientras mas alejadas estén las placas del condensador, menor será la capacidad que tendrá de acumular cargas eléctricas según el principio físico de los condensadores.

Varactor VVC.

Aunque todos los diodos de unión presentan características de capacidad variable cuando se presenta corriente inversa, existen en el mercado unos componentes para que las variaciones de capacidad sea tan amplias y lineales como sean posible. Esos componentes se llaman Varactores o VVC.

Los Varactores se fabrican con una amplia gama de capacidades. La mayoría tiene valores nominales comprendidos entre los 1 y los 200pF y la variación de la capacidad puede ser tan alto como de 12 a 1.

En la figura siguiente se muestra la curva típica de un diodo típico. Puedes ver que obtienes una capacidad de 80pF a una tensión de 1V. Cuando se aplican 60V la capacidad baja a 10pF, es decir un intervalo de 5 a 1. La gama de operación se suele restringir a la porción central lineal de la curva.

Funcionamiento como Modulador básico.

En el circuito siguiente se muestra el esquema básico de un funcionamiento de un diodo Varicap como modulador de frecuencia.

La bobina y el condensador variable forman el circuito resonante del oscilador de la portadora. El diodo Varicap junto al condensador Cv s conectan en serie a dicho circuito resonante. Cv es grande en la frecuencia de operación, por lo que su reactancia es muy baja. En consecuencia:

Como Cv se conecta en serie con el diodo, cuando la capacidad del diodo es menor de Cv, es como si el diodo Varicap se conectara directamente al circuito sintonizado. La capacidad efectiva total del circuito es igual a la capacidad del diodo Varicap en paralelo entre la capacidad del condensador variable del circuito resonante. Esto fija la frecuencia de la portadora.

El divisor de tensión formado por las resistencias proporcionan una polarización de trabajo al diodo Varicap y proporcionan un valor central de la frecuencia de la portadora. La señal moduladora se aplica a través de C11 y del choque de RF que evita que la frecuencia de la portadora sea afectada por esta inductancia, al ser de gran tamaño. La señal moduladora proviene de un micrófono que ha sido amplificado con un integrado y cuya salida se aplica al modulador. El funcionamiento al llegar la señal al diodo es el siguiente:

A medida que la señal de la modulada varía, se suma y resta del voltaje de polarización fija. Por lo tanto el voltaje efectivo aplicado al Varicap hace que su capacidad varíe. Esto, a su vez, produce una desviación de la frecuencia de la portadora deseada.

Una señal tendente positiva en el punto A se suma a la polarización inversa, reduciendo la capacidad, e incrementando la frecuencia de la portadora.

Una señal tendente negativa en el punto A, se resta de la polarización, lo que aumenta la capacidad y reduce la frecuencia de la portadora.

El principal problema de este tipo de circuito es que la mayoría de los osciladores L-C no tienen estabilidad suficiente como para generar una portadora de calidad sin generar armónicos, ruidos o inestabilidad de señal, efecto indeseable en comunicación ya que en los sistemas modernos no se usan osciladores LC sino osciladores de cristal, que ofrecen estabilidad de frecuencias de portadoras y señal.