www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Varaktör

Varaktör simgesi

Resim 1: Varaktörün devre simgesi

Varaktör (varactor /varicap diode) bir ayarlanabilir kondansatör gibidir. Adını bu özelliğinden almaktadır. pn-birleşiminin tükenim bölgesi (depletion region) bir yalıtkan ortam ve burada bulunan yük taşıyıcıları ise kondansatörün plakaları gibi çalışır. Uygulanan ters öngeriliminin büyüklüğüne bağlı olarak, tükenim bölgesinin eni ve bunun sonucunda kapasitansı değişir. Resim.1 de varaktör simgesi bulunmaktadır. Varaktörler tınlaşım devrelerinde ve yüksek frekans yükselteçlerinde kullanılırlar.

Tükenim
bölgesi
Tükenim bölgesi
normal sınırı
Akım akışı

Resim 2: Doğru yönde öngerilimlenmiş bir pn-birleşimi

İleri yönde ön gerilimlenmiş pn-kavşak
Tükenim
bölgesi
Tükenim bölgesi
normal sınırı
Akım akışı

Resim 2: Doğru yönde öngerilimlenmiş bir pn-birleşimi

Bir pn-birleşiminin tükenim bölgesinin büyüklüğü bu birleşime uygulanan öngerilime bağlıdır. Doğru öngerilim uygulandığında bu bölgenin eni azalır ve belirli bir gerilimden itibaren (silisyumda 0.7 Volt) elektronlar bu bölgeyi geçebilirler, iç direnç azalır ve doğru yönde akım akmaya başlar (bakınız Resim.2). Bununla birlikte, Resim.3 te gösterildiği gibi pn-birleşiminde ters öngerilim uygulandığında yük taşıyıcıları elektrik alanının etkisi ile engel bölgesinden uzaklaşacak ve engel bölgesinin eni artacaktır. Böylece tükenim bölgesi yük taşıyıcıları bakımından daha da zayıflayacak ve uygulanan ters öngerilimin büyüklüğüne bağlı olarak eni artacaktır. Varaktör, bu öngerilim koşulları altında çalışan bir özel pn-birleşiminden başka bir şey değildir.

Grafikte gösterildiği gibi, ters yönde öngerilim uygulanması sonucu yük taşıyıcıları arasındaki oluşan yalıtkan engel bölgesinin kalınlığı iki kondansatör plakası arasındaki açıklıktır. Kondansatörlerde de olduğu gibi, kapasitans aşağıdaki formülle hesaplanır:

Tükenim bölgesi
Tükenim bölgesi
normal sınırı

Resim 3: Ters yönde öngerilimlenmiş bir pn-birleşimi

Ters yönde ön gerilimlenmiş pn-kavşak
Tükenim bölgesi
Tükenim bölgesi
normal sınırı

Resim 3: Ters yönde öngerilimlenmiş bir pn-birleşimi

C = k · A A = Kondansatör plaka yüzeyi
k = Bir sabit katsayı
d = Kondansatör plakaları arasındaki açıklık
(1)
d

Engel bölgesinin kalınlığı kondansatör plakaları arasındaki açıklık olarak kullanılır. Kondansatör plakalarının yüzeyi tasarıma bağlıdır ve aynı zamanda sabit olduğu varsayılabilir. Sadece uygulanan ters öngerilime doğrudan bağlı olarak kondansatör plakaları arasındaki açıklık değişir. Gerilim arttıkça, açıklık artacak ve kapasitans azalacaktır. Yani, kapasitans gerilimle ters orantılıdır.

Yalıtkan ortam
Yalıtkan ortam
Kondensatör-
plakaları
Kondensatör-
plakaları
Tükenim bölgesi
Tükenim bölgesi

Resim 4: Ters öngerilimle ve kapasitans arasındaki ilişki.

Yalıtkan ortam
Yalıtkan ortam
Kondensatör-
plakaları
Kondensatör-
plakaları
Tükenim bölgesi
Tükenim bölgesi

Resim 4: Ters öngerilimle ve kapasitans arasındaki ilişki.

Bir varaktör diyotunda, gerilimdeki değişmenin kapasitanstaki değişmeye oranı 10 a 1 gibi olabilir. Resim.4 te bu ilişki görülüyor: Üstteki devrede 3 Voltluk bir ters öngerilimleme ile bir kondansatörde örneğin 20 pF değerine ulaşılıyor. Alttaki devrede ise gerilim iki katına, yani 6 Volta çıkarılıyor. Fakat kapasitans sadece 5 pF olabiliyor. Buradan şu sonucu çıkarıyoruz: Her bir voltluk gerilim azalması 5 pF a karşılık gelmektedir. Yani, oran bu durumda 5 e 1 oluyor. Varaktör diyotlarda elde edilebilen kapasitans değerleri sadece pikofarad bölgesinin altındadır.

Varaktörler, önceleri kullanılan ayarlı- ve trimpot kondansatörlerin yerini almaya başlamıştır. Kapasitansının uygulanan öngerilim ile değişebilmesi özelliği sayesinde tınlaşım devrelerinin frekansları uzaktan ve otomatik ayar edilebilmektedir. Resim. 5 te böyle ayarlanabilir bir tınlaşım devresinde kullanılan varaktör örneği yer alıyor.

Resim 5. Varaktörlü ayarlanabilir salınım devresi

Varaktörlü ayarlanabilir salınım devresi

Resim 5. Varaktörlü ayarlanabilir salınım devresi

Resim.5 deki devrede potansiyometrenin orta ucundan alınan değişken gerilim bobin üzerinden varaktöre besleniyor. Dr1 ve Dr2 bobinleri doğru akımda çok küçük direnç gösterirler ve bu değişken gerilim varaktöre ters yönde öngerilim olarak uygulanır. C2 kondansatörü, C1 ve C3 kondansatörleri ile seri bağlıdır. Potansiyometrenin orta ucundan alınan ters gerilimdeki bir değişme varaktörün kapasitansını değiştirir, bu da osilatör devresinin tınlaşım frekansını değiştirir. Bu iki bobin, tınlaşım devre frekansında çok yüksek direnç gösterir, böylece potansiyometrenin direnci tınlaşım devresini yüklemez. Varaktöre seri bağlı C1 ve C3 kondansatörlerin iki görevi vardır: İlki, dalgalı akım devresini, bir doğru gerilim olan öngerilimden ayırmak; ikincisi, buradaki tınlaşım devresindeki frekansı belirlemek ve varaktörün kontrol aralığını sınırlamak.

Varaktör, yük taşıyıcılar arasındaki aralıkta olduğu gibi, kondansatör plakaları arasında bulunan yalıtkan alanda da bir kondansatöre benzer özellikler gösteren bir diyottur. Yük taşıyıcılar arasındaki aralık, ters öngerilim (reverse bias) uygulanmış bir yalıtkanın kalınlığı ile karşılaştırılabilir. Aşağıdaki kapasitans formülü hem varaktör hem de kondansatör için geçerlidir. Formül (1) deki kondansatör plakalarının açıklığı yerini yük taşıyıcılar arasındaki açıklık alır. Eğer, ters öngerilimin büyüklüğü değişirse yük taşıyıcılar arasındaki açıklık da değişir. Daha yüksek bir ters öngerilimde açıklık artar ve böylece pn-birleşiminin C kapasitansı da azalır. Bu bize varaktörün C kapasitansının ters gerilime dolaylı olarak orantılı olduğunu gösterir.

Ters kutuplama gerilimi ile kapasitans arasındaki oran 10:1 gibi olabilir. Yukarıdaki şemada görüldüğü gibi 3 V luk bir ters kutuplama gerilimi ile 20 pF lık bir kapasitans elde edilmektedir. Bu ters gerilim 6 V a çıktığında kapasitans 5 pF a düşer. Her bir volt yükselimi 5 pF lık bir düşüşe yol açmakta, yani kapasitans-ters kutuplama gerilimi oranı 5:1 dir. Elbette bu olayın tersi de mümkündür, yani ters gerilim azaltıldığında kapasitans artar. Fakat ulaşılabilen kapasitans değerleri daima pikofarad seviyesindedir!

Varaktörler alışılmış trimpot kapasitörlerin yerine de kullanılabilir ve birçok radar aygıtında kullanılır. Sağladığı en önemli üstünlük ise, yüksek frekanslı salınım devrelerinin uzaktan kumandası veya otomatik ayarı gibi işlevlerin doğru gerilim ile kontrol edilerek yapılabilmesidir.


Sponsors: