버랙터 다이오드란?
가변저항 다이오드란 역전압을 인가하여 정전 용량을 변화시킬 수 있는 다이오드를 말합니다.
가변 커패시턴스 다이오드 또는 바리캡이라고도 합니다. 일반적으로 다이오드의 PN 접합부에 역방향 전압을 인가하면 전자나 정공과 같은 캐리어가 없는 부분인 공핍층이 커패시터처럼 동작합니다.
버랙터 다이오드는 그 커패시터처럼 행동하는 정전 용량이 인가하는 전압의 크기에 따라 변화하는 성질을 적극적으로 이용하는 것입니다.
버랙터 다이오드의 사용 용도
버랙터 다이오드의 사용 용도는 전자동조회로, 전압제어발진기(VCO) 등의 전자부품입니다. 전자동조회로와 전압제어발진기(VCO)는 라디오, TV, 통신기기, 스마트폰과 같은 모바일 통신기기 등 전파를 수신하는 기기에 사용되고 있습니다.
이들 기기는 특정 주파수의 신호를 수신하기 위해 수신부의 커패시터 용량과 코일의 임피던스 값을 조정해야 합니다. 이를 위해 커패시턴스를 전압으로 제어할 수 있는 발락 다이오드가 사용됩니다.
버랙터 다이오드의 원리
버랙터 다이오드의 원리는 다이오드의 PN 접합부에 역방향 전압을 인가했을 때 발생하는 캐리어가 없는 공핍층을 정전용량으로 활용하고, 그 정전용량의 값이 역방향 전압 값에 따라 달라지는 특성을 적극적으로 이용하는 데 있습니다. 일반 다이오드는 순방향으로 바이어스 전압을 인가하면 순방향 전류가 흐르고, 역방향으로 바이어스 전압을 인가하면 전류가 흐르지 않습니다.
이 역방향으로 전압을 인가한 상태에서는 PN 접합부에서 P형 반도체 부분에서는 정공이 전극 쪽으로 이동하고, N형 반도체 부분에서는 전자가 전극 쪽으로 이동하기 때문에 PN 접합부에는 캐리어가 없는 공핍층이라는 층을 형성하게 됩니다. 그 공핍층에는 전하가 없고, 공핍층 양쪽에 전하가 발생하기 때문에 다이오드가 커패시터처럼 동작하게 됩니다.
역방향 인가 전압의 절대값이 크면 그만큼 공핍층의 두께가 커져 등가 커패시턴스가 작아진다. 이 역방향 전압을 인가하여 그 값을 가변시킴으로써 커패시턴스가 변화하는 다이오드가 바로 버랙터 다이오드입니다. 이 커패시턴스 변화 특성을 효과적으로 활용하고 있습니다.
버랙터 다이오드의 기타 정보
1. 발룬버랙터타 다이오드를 이용한 LC 공진 회로
버랙터 다이오드는 바이어스 인가 전압으로 용량 값을 가변할 수 있기 때문에 인덕터와 LC 공진 회로를 형성하여 그 공진 주파수를 조정할 수 있습니다.
이 전압 값으로 가변 가능한 LC 공진회로를 이용하여, 예를 들어 콜피츠 발진기 등에 공진회로를 내장한 것이 전압 제어 발진기(VCO)입니다.
전압 제어 발진기(VCO)는 이동 통신용 주파수 조정 회로인 PLL(Phased Lock Loop)의 일부입니다. 기지국과 이동체 단말기 사이에서 이뤄지는 셀룰러 통신 애플리케이션에 없어서는 안 될 매우 중요한 회로입니다. 또한, 동조회로로서 라디오 등의 FM 변조 용도에도 이 LC 공진회로가 사용되고 있습니다.
2. 버랙터와 바리캡의 어원과 항복 전압
버랙터 다이오드의 버랙터(영어: Varactor)는 ‘Variable Reactor’의 약자로 가변 리액턴스를 의미하며, 버랙터 다이오드의 경우 특히 용량성 가변 리액턴스를 나타냅니다. 반면 바리캡은 ‘Variable Capacitor’의 약자로 말 그대로 가변용량을 의미합니다.
버랙터 바리캡은 모두 용량을 가변할 수 있다는 의미의 약칭이지만, 용량을 가변할 수 있는 역방향 다이오드 바이어스에도 브레이크다운 전압(항복 전압)이 있다는 점에 주의해야 합니다. 사용하고자 하는 버랙터 다이오드의 전기적 사양을 잘 확인하여 역방향 측의 사용 가능 범위 내의 전압으로 사용해야 합니다.
참고로 브레이크다운 전압(항복 전압)은 제너 전압이라고도 하며, 이 영역을 적극적으로 사용하는 다이오드를 제너 다이오드라고도 합니다. 제너 다이오드는 과전압이 본체 회로에 인가되는 것을 방지하는 보호 회로용 용도나 정전압 발생을 위한 회로 용도 등에 사용되는 경우가 많습니다.