varactor

Un varactor est une diode semi-conductrice délibérément conçue pour que sa capacité de jonction change lorsque vous faites varier la tension inverse à ses bornes. Contrairement aux diodes redresseuses ordinaires, où la capacité est une nuisance parasite, un varactor transforme ce comportement dépendant de la tension en fonction principale. Le dispositif agit comme un condensateur contrôlé en tension, sans pièces mobiles et avec des temps de réponse de l'ordre de la nanoseconde.

L'effet provient de la région de déplétion à la jonction p-n. À mesure que la polarisation inverse augmente, la largeur de déplétion croît et la capacité diminue. Les varactors typiques couvrent une plage de capacité de 5:1 à 10:1 ou plus sur leur plage de tension de fonctionnement. Les varactors au silicium fonctionnent couramment de 2 volts à 30 volts de polarisation inverse, offrant des valeurs de capacité allant de quelques picofarads à plusieurs centaines de picofarads selon le profil de dopage et la géométrie de la jonction. La relation entre la tension et la capacité n'est pas linéaire; elle suit une loi de puissance, typiquement C = K / (V + φ)n, où n se situe entre 0,33 et 0,5 selon le type de dopage.

L'accord de fréquence radio est l'application classique. Un varactor en parallèle avec une inductance forme un circuit LC résonant accordé en tension, permettant un réglage de fréquence sans bancs de condensateurs mécaniques ou moteurs pas à pas. Les boucles à verrouillage de phase et les synthétiseurs de fréquence s'appuient sur l'accord par varactor pour des oscillateurs stables et contrôlés électroniquement. Dans les bandes micro-ondes et UHF, les varactors permettent une commutation rapide de fréquence et une orientation de faisceau dans les réseaux phasés. Les amplificateurs paramétriques exploitent la réactance non linéaire pour l'amplification du signal avec un bruit minimal.

Modes de défaillance courants et compromis

La dérive en température est un problème constant: la capacité change typiquement de 0,2% à 0,5% par degré Celsius. La rupture de jonction sous une tension inverse excessive est destructive et permanente. La résistance série, bien que faible (typiquement 1 à 10 ohms), limite le facteur Q et ajoute des pertes aux hautes fréquences. Le « frequency pushing », où la sortie de l'oscillateur se décale sous l'effet de la variation de charge, exige une conception de circuit soignée. Le courant de fuite augmente fortement près de la rupture, dégradant la sensibilité dans les circuits détecteurs sensibles.

Les varactors existent en variantes à jonction unique et à jonctions multiples; l'empilement de plusieurs jonctions en série permet des tensions nominales plus élevées au prix d'une capacité plus faible. Les varactors à jonction abrupte (fabriqués avec des jonctions à gradient raide) donnent une dépendance en tension plus prononcée; les types hyperabrupts poussent l'exposant vers 0,33, utile pour linéariser la tension d'accord. Le nom vient de variable reactor, bien que la terminologie moderne préfère diode à capacité variable dans certains contextes, mais varactor reste standard dans la littérature sur le contrôle de fréquence et les micro-ondes.