Funzionamento del Diodo Varactor: Capacità Controllata da Tensione

Un diodo varactor (varicap, diodo di sintonia) sfrutta la capacità della regione di deplezione dipendente dalla tensione di una giunzione PN polarizzata inversamente per agire come un condensatore sintonizzabile elettronicamente.

Fisica: La Regione di Deplezione come Condensatore

• La polarizzazione inversa allarga la regione di deplezione (strato isolante) tra regioni P e N.
• Regione di deplezione più ampia = capacità minore (C = εA/d).
• C ∝ 1 / √(V_R + V_bi) per giunzione brusca; C ∝ (V_R + V_bi)⁻ⁿ (n = 0,33–0,5) per iperabruta.

Parametri Chiave

• C_J0 / C_V: Capacità a tensione inversa specificata (es. 22 pF @ 4 V).
• Rapporto di Capacità (C_R): C(V_min) / C(V_max). Tipico 2–5 (brusca), 10–15 (iperabruta).
• Fattore Q: Fattore di qualità = Reattanza / ESR. Q elevato (> 100 @ 50 MHz) = basso rumore di fase in VCO.
• Range di Tensione di Sintonia: 0–30 V tipico. Deve rimanere sotto la tensione di rottura (V_BR).
• Gamma (γ): Esponente di sensibilità. Iperabruta (γ ≈ 1,5–2) dà frequenza lineare vs tensione in circuiti LC.

Applicazioni

• VCO (PLL, Sintetizzatori): Varactor in circuito LC → frequenza sintonizzata da tensione di controllo.
• Filtri RF / Reti di Abbinamento Sintoniabili: Sintonia antenna in telefoni, MRI.
• Sfasatori / Modulatori: Ritardo di fase variabile da tensione.
• Moltiplicatori di Frequenza: C(V) non lineare genera armoniche.

Consigli di Progettazione

• Resistenza di polarizzazione (R_bias = 10–100 kΩ) isola il controllo DC dall'RF; alternativa RFC.
• Accoppia in AC la porta RF (condensatore blocco DC) per preservare la polarizzazione.
• Minimizza induttanza parassita (package 0402/0201, tracce corte).
• Compensazione termica: C(V) si sposta con la temperatura; usa varactor duali o circuito di polarizzazione compensato in temperatura.