varactor

Un varactor es un diodo semiconductor diseñado deliberadamente para que su capacitancia de unión cambie al variar el voltaje inverso a través de él. A diferencia de los diodos rectificadores ordinarios, donde la capacitancia es una molestia parasitaria, un varactor convierte ese comportamiento dependiente del voltaje en su función principal. El dispositivo actúa como un condensador controlado por voltaje, sin partes móviles y con tiempos de respuesta en el rango de los nanosegundos.

El efecto proviene de la región de agotamiento en la unión p-n. A medida que aumenta la polarización inversa, el ancho de agotamiento crece y la capacitancia disminuye. Los varactores típicos abarcan un rango de capacitancia de 5:1 a 10:1 o más en su rango de voltaje de trabajo. Los varactores de silicio operan comúnmente de 2 voltios a 30 voltios de polarización inversa, entregando valores de capacitancia que van desde unos pocos picofaradios hasta varios cientos de picofaradios, dependiendo del perfil de dopaje y la geometría de la unión. La relación entre voltaje y capacitancia no es lineal; sigue una ley de potencia, típicamente C = K / (V + φ)n, donde n se encuentra entre 0.33 y 0.5, dependiendo del tipo de dopaje.

La sintonización de radiofrecuencia es la aplicación clásica. Un varactor en paralelo con un inductor forma un circuito tanque LC sintonizado por voltaje, lo que permite el ajuste de frecuencia sin condensadores mecánicos de placas o motores paso a paso. Los bucles de enganche de fase y los sintetizadores de frecuencia dependen de la sintonización con varactores para osciladores estables y controlados electrónicamente. En las bandas de microondas y UHF, los varactores permiten una conmutación rápida de frecuencia y la dirección del haz en arreglos en fase. Los amplificadores paramétricos explotan la reactancia no lineal para la amplificación de señales con un ruido mínimo.

Modos de falla comunes y compensaciones

La deriva de temperatura es un dolor de cabeza constante: la capacitancia típicamente cambia de 0.2% a 0.5% por grado Celsius. La ruptura de la unión bajo un voltaje inverso excesivo es destructiva y permanente. La resistencia en serie, aunque pequeña (típicamente de 1 a 10 ohmios), limita el factor Q y añade pérdidas a altas frecuencias. El "frequency pushing", donde la salida del oscilador se desplaza bajo variación de carga, exige un diseño de circuito cuidadoso. La corriente de fuga aumenta bruscamente cerca de la ruptura, degradando la sensibilidad en circuitos detectores sensibles.

Los varactores vienen en variantes de unión simple y multiunión; apilar múltiples uniones en serie permite mayores clasificaciones de voltaje a costa de una menor capacitancia. Los varactores de unión abrupta (hechos con uniones escalonadas) dan una dependencia de voltaje más pronunciada; los tipos hiperabruptos empujan el exponente hacia 0.33, útil para linealizar el voltaje de sintonización. El nombre se remonta a variable reactor, aunque la terminología moderna prefiere diodo de capacitancia variable en algunos contextos, pero varactor sigue siendo estándar en la literatura de control de frecuencia y microondas.