Variable Kapazität (Varicaps, Varaktoren)

Eine Varaktordiode – auch Kapazitäts- oder Abstimmdiode – ist eine Halbleiterdiode, die für den Betrieb mit Vorspannung in Sperrrichtung ausgelegt ist, bei dem sie sich eher wie ein variabler Kondensator als ein typischer Gleichrichter verhält. Ihre Hauptfunktion besteht darin, die spannungsabhängige Kapazität eines in Sperrrichtung vorgespannten p-n-Übergangs zu nutzen, bei dem sich die Breite des Verarmungsbereichs mit der angelegten Spannung ändert und damit auch die Kapazität. Dankt dieser Eigenschaft sind Varaktoren für die elektronische Abstimmung wie bei Frequenzmodulation (FM), Phasenregelschleifen (phase-locked loop, PLL), spannungsgesteuerten Oszillatoren (voltage-controlled oscillator, VCO) und HF-Filtern unverzichtbar. Varaktoren leiten bei Vorspannung in Sperrrichtung nicht und werden ausschließlich wegen ihres kapazitiven Verhaltens genutzt. Darüber hinaus bieten MOS-Varaktoren, die auf Metalloxid-Halbleitern (metal-oxide semiconductors, MOS) basieren, eine verbesserte Linearität und Integration in CMOS-Technologien, wodurch sie sich für moderne HF-IC-Designs eignen.

Bei der Auswahl eines Varaktors müssen mehrere Schlüsselparameter berücksichtigt werden, um eine optimale Leistung in der Zielanwendung zu gewährleisten. Der Kapazitätsbereich und das Abstimmungsverhältnis (das Verhältnis von maximaler zu minimaler Kapazität) sind entscheidend, da sie bestimmen, wie viel Frequenzvariation erreicht werden kann. Der Qualitätsfaktor (Q) wirkt sich auf die Reinheit des Signals aus und ist besonders in HF-Schaltungen mit sehr hohen Frequenzen wichtig. Außerdem sind der Serienwiderstand, die Durchbruchspannung in Sperrrichtung und der Gehäusetyp zu berücksichtigen, speziell in platzbeschränkten oder temperaturempfindlichen Umgebungen. Obwohl Varaktoren kompakt und energieeffizient sind, kann ihre nichtlineare Kapazitäts-Spannungs-Kurve zu Verzerrungen führen. Darüber hinaus haben sie im Vergleich zu mechanischen Alternativen in der Regel einen begrenzten Abstimmbereich. Dennoch bieten Varaktoren für die meisten Anwendungen in der automatischen Abstimmung, Frequenzmodulation und Bandbreitensteuerung eine Festkörperlösung, die schnell und zuverlässig ist und sich leichter in moderne Analog- und HF-Systeme integrieren lässt.