可変容量ダイオード(バリキャップ）について質問します。バリキャップをコ

質問

可変容量ダイオード(バリキャップ）について質問します。バリキャップをコルピッツ発振回路などの共振回路の中の容量性リアクタンスとして使う場合、バリキャップに逆バイアス電圧をかけると空乏層の幅が広がって容量が変化することは理解できるのですが、発振回路自体の電流によって常にバリキャップの容量が変化してしまい、発振周波数が変化してしまうのではないかと考えてしまうのですが、なぜそのようなことはおこらないのでしょうか？もしそうだとしたらバリキャップはまったく使い物にならないということになります。また、バリキャップは逆バイアスをかけるのでほとんど電流は流れないと書いてあったのですが、それでは共振回路に電流がながれないので発振することができないと思うのです。つまり電流が流れないというのは電荷の移動による電流ではなくて変位電流が流れるということなのでしょうか？詳しく教えてください。よろしくお願いします。

回答No.3

tadys · ベストアンサー

バリキャップの容量が変化する速さは十分に速いのでバリキャップにかかる発振電圧の変化でその容量は変化します。
その変化は周波数の１サイクルで元に戻るので発振周波数が変化してしまうということは有りません。
しかしながら（発振電圧＋直流電圧）の高い所と低い所ではバリキャップのインピーダンスが異なるために発振波形が歪む原因になります。
そうはいっても、発振回路では発振電圧を一定に保持するためには、電圧が大きくなるとループゲインが下がるような非線形性を持つので、バリキャップを使用しなくとも発振波形が歪むことはある程度やむを得ません。

＞バリキャップは逆バイアスをかけるのでほとんど電流は流れない
これは、直流電圧に対して言っていることです。
容量分を流れる高周波電流が流れないと言っているのではありません。
ただし、バイアス電圧が低くなって交流電圧のピークがバイアス電圧を上回るようになると順方向にバイアスされダイオード(バリキャップ)で検波されることになり、電流が流れるようになります。

バリキャップ（バラクタ）はその非線形性を利用して周波数の逓倍、パラメトリックアンプの増幅素子などに使用されていました。
パラメトリックアンプは性能のよいトランジスタが入手できなかった時代にマイクロ波の増幅に使われていたものです。
共振回路の一部にバラクタを挿入しておき、それに共振周波数の２倍の周波数の交流電圧を加えることで共振周波数の信号の増幅をおこなうものです。

パラメトリックアンプはパラメトリック共振の１例です。
パラメトリック共振はブランコを漕ぐことができる理由にもあげられます。
振り子の支点を振り子の周期の１/２の周期（倍の速さ）で上下に揺らすばあい、振り子が揺れていなければ振り子は上下に揺れるだけです。
最初に振り子が揺れていると揺れはだんだん大きくなります。
ブランコを漕ぐときに止まっている状態からでは漕ぎにくいのも同じ理由です。

バリキャップの容量変化がゆっくりだったならパラメトリックアンプには使えません。

回答No.2

xpopo

P0O9Iさんの下記回答にコメントします

＞発振回路自体の電流によって常にバリキャップの容量が変化してしまい、
バリキャップの容量が変化スピードは、発振周波数よりはるかに遅いのです。発振波形に追随できないから、それによって容量は変わりません。

この回答は正しくありません。ダイオード容量はダイオードの逆バイアス電圧で変化します（空乏層の厚みが変化するため）通常のダイオードの逆バイアス電圧と容量の関係を示す図を添付しました。バリキャップダイオードの場合は容量の値がもっと大きくなります。容量のカーブは逆バイアス電圧が大きくなるほど小さくなっている方のカーブです。通常、DCバイアス電圧を値の大きな抵抗でダイオードのカソード側に引加して使用します。（アノードはGNDに接続する）たとえば、図の特性でダイオードに－２Vのバイアスを加えた場合は約１．７ｐＦになります。このバイアス状態で発振回路に使用すると発振状態ではこのバイアス電圧－２Ｖを中心にダイオードの逆電圧は発振周波数で変動します。ダイオードの容量は発振により－２Ｖをを中心に特性カーブ上で変化しますが振幅が小さければ容量の変化もそれほど大きくないので問題ありません。容量の変化は空乏層の変化に追随しますので応答のスピードは速いです。

回答No.1

P0O9I

＞発振回路自体の電流によって常にバリキャップの容量が変化してしまい、
バリキャップの容量が変化スピードは、発振周波数よりはるかに遅いのです。発振波形に追随できないから、それによって容量は変わりません。

＞バリキャップは逆バイアスをかけるのでほとんど電流は流れない
逆バイアスで流れないのは直流電流です。発振信号は、そのC成分に従って流れます。だから、そのC値とLの共振周波数で発振するわけです。

要するに、発振周波数である高周波と、直流での動作を分けて考えれば、理解できるはずです。

補足

回答ありがとうございます。容量の変化スピードが発振周波数よりはるかに遅いということは低周波の発振回路では使用できないということでしょうか？また、バリキャップに加える変調速度もあまり高くはできないということですか？