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Die Kapazitätsdiode oder Varicap, auch Varaktor, Abstimmdiode oder Ladungsspeicherdiode genannt, ist ein elektronisches Halbleiter-Bauteil. Sie ermöglicht mittels des Early-Effekts eine elektrisch steuerbare Kapazität.

Der p-n-Übergang einer Diode hat eine Kapazität, die von der Breite der Raumladungszone abhängig ist. Wird eine Diode in Sperrrichtung betrieben, so entsteht am p-n-Übergang eine Ladungsträgerverarmungszone, an der sich auch ein elektrisches Feld, bedingt durch die fehlenden Ladungsträger, aufbaut. Mit steigender Spannung vergrößert sich die Breite der ladungsfreien Zone, damit nimmt die Kapazität ab. Durch geeignete Dotierung können Kapazitäten im Bereich von 3 pF bis 300 pF erreicht werden.

Durch Änderung der angelegten Spannung lässt sich eine Variation der Kapazität von 10:1 erreichen. Somit steht eine elektrisch steuerbare Kapazität zur Verfügung. Die maximale Sperrspannung beträgt etwa 30 V.

Anwendung

Die Kapazitätsdiode wird zur Abstimmung von Schwingkreisen in Filtern und Oszillatorschaltungen, zum Beispiel anstelle von Drehkondensatoren oder veränderbaren Induktivitäten zur Sendereinstellung in Funkempfängern (z. B. Radios, Fernsehempfänger) eingesetzt.

Zusätzlich an LC-Schwingkreise geschaltete Kapazitätsdioden werden zur Automatischen Feinabstimmung (AFC) in Empfängern oder zur Frequenzmodulation in FM-Sendern eingesetzt.

Abstimmung von LC-Schwingkreisen

Zur Frequenzabstimmung von LC-Schwingkreisen wird die Kapazität der Diode, welche mit dem Koppelkondensator C_K zum Kondensator C parallelgeschaltet wird, eingestellt. Dazu wird über die Induktivität L_B eine wechselstrommäßige Trennung des Schwingkreises von der Spannungsquelle an U_a erreicht und ein wechselstrommäßiger Kurzschluss des Kondensators über diese verhindert. Die Induktivität L_B kann meist durch einen hochohmigen Widerstand ersetzt werden.

Der Koppelkondensator trennt die Steuerspannung der Diode vom Schwingkreis.

Damit sich L_B nicht auf die Resonanzfrequenz f_R auswirkt muss gewählt werden. Hierbei gilt:

Bei der Reihenschaltung von zwei Sperrschichtkapazitäten parallel zum Schwingkreis wird keine zusätzliche Koppelkapazität benötigt, da immer eine der beiden Dioden den Gleichstrom sperrt.

Bei dieser Schaltung gilt die einfachere Formel:

Allerdings ist nur die halbe Sperrschichtkapazität aktiv, weshalb man entweder die Sperrschichtkapazität oder die Induktivität doppelt so groß wählen müsste. Der Vorteil liegt jedoch in der besseren Linearität der Schaltung im LC-Schwingkreis bei großen Amplituden.

Literatur

• Ulrich Tietze, Christoph Schenk, Eberhard Gamm, Halbleiter-Schaltungstechnik, Springer 2002, 12. Auflage, ISBN 3540428496