变容二极管：电子爱好者终极指南

电子电路通常由电阻器、电容器、变压器、二极管、晶体管等组成。现在，我们将介绍一种特殊的二极管类型。变容二极管在电子工业中呈现出有用的应用，提供电压控制电容。此外，它们还控制锁相环中的电压电平。

这些可以集成在所有类型的调谐电路和频率射频电路上。那么让我们来看看吧！理解其目的和操作过程似乎令人困惑。因此，我们整理了本指南，以帮助您获得有关该特定主题的更多知识。

（图片显示变容二极管。来源：Wikimedia Commons）

1。什么是变容二极管？

可变（可变电容）二极管是一种独特的半导体，也称为变容二极管或调谐二极管。它在器件的 p-n 结上提供了反向偏置电压相关的电容利用能力。

2。变容二极管类型及应用

下面，我们将讨论不同的变容二极管类型。我们还探索了该组件的一些应用。

类型

超级突然

超突变变容二极管为电压变化提供更高的电容。它还可以在低电压下工作。

突然

最常见的类型是突变变容二极管，由恒定的掺杂浓度组成。在这种情况下，它的结会经历掺杂分布，在制造过程中受到控制。此外，电容与其接收的电压成反比。

应用程序

射频滤波器：

实际的变容二极管还可以提供滤波器调谐功能。因此，这涉及在前端电路中实现跟踪接收器，允许它们监控输入信号。然后，受控电压通过数模转换器调节此功能。

压控振荡器（VCO）：

各种射频配置包括带有变容二极管的压控振荡器，变容二极管是一个特别重要的组件。振荡器的主要操作尤其涉及锁相环。因此，它们为频率合成器或 FM 解调器提供了应用。

（合成器包含一个使用变容二极管的 VCO）

频率和相位调制器也使用变容二极管。频率调制器通常将这些整合到发生器中的电谐振中，允许二极管接收音频。结果，电容将与音频保持一致。这会触发频率信号上下移动，以匹配这些情况下的电容变化。

在相位调制器中，变容二极管并入相移网络，频率信号在该网络中流动。二极管接收音频，使相位与音频变化同步。

3。变容二极管的工作原理

变容二极管电路图：

（图片显示电路上的变容二极管。来源：Wikimedia Commons）

可变二极管电路符号：

查看下面可变二极管的原理图符号，您会发现它包含与 PN 结二极管相似的特性。那是因为变容二极管具有阳极和阴极端子。您会发现二极管位于符号的一端。同时，另一端包含两条平行线，象征着电容器的导电板。最后，这两个板之间的空间代表绝缘电介质。

（可变二极管电路符号。来源：Wikimedia Commons）

公式：

三个参数影响变容二极管的电容。它们包括 PN 结的横截面 (A)、半导体的 (Ɛ) 和耗尽区的宽度 (d)。例如，您会发现以下公式表示：

工作原理：

我们需要看一个电容器来了解变容二极管的工作原理。电容器通常包含两个导电金属板，在两者之间放置一个绝缘电介质。变容二极管的 P 型和 N 型区域用作导电板，而耗尽区代表电介质。由于其构造和设计与电容器相似，二极管会产生电容。

（变容二极管包含与电容器相似的特性）

如果介电常数增加或两个板之间的距离较短，则电容会增加。然而，两者之间的较大距离或介电常数下降会导致电容下降。同时，变容二极管的电容与结的横截面积成正比。它与耗尽区的宽度成反比。因此，由于耗尽区的宽度调整会发生电容变化。

因此，反向偏置的变容二极管将因此导致耗尽区变化。首先，一旦反向偏压增加，该区域将扩大。实际上，N 型和 P 型之间的空间增大，从而减小了电容。减小反向偏压将导致耗尽区收紧。结果，N 型和 P 型区域之间的距离将缩短，从而增加电容。因此，在变容二极管上施加不同的反向偏置电压会改变电容。

（图片展示了增加和减少电容的影响。来源：Wikimedia Commons）

基本操作：

变容二极管本质上存储电荷。在这种情况下，这些组件通常以反向偏置运行。施加反向偏压会使n区电子和p区空穴与器件的结分离。

4。变容二极管等效电路

变容二极管通常包含几个主要元件，这有助于设计二极管等效电路。

不同的杂散元素包括：

• Rs (V)：用作二极管的串联电阻。它因接收到的电压而异。
• CJ (V)：此处使用的方面展示了可变结电容。它还用作二极管的主要元件。
• LP：变容二极管中的接线会导致串联电容增加。
• CP：这代表寄生电容。二极管中的连接线会导致其结周围的寄生电容增加。

5。电容器的温度系数

变容二极管的电容系数温度可以用下面的公式计算：

ΔC 值表示在反向偏置期间由于温度变化 (T1 – T0) 导致的器件电容变化。例如，我们将查看一个值，其中 C0 等于 29 pF，VR 为 3V，T0 为 25。然后，我们计算变容二极管的电容变化。随着 VR 值的变化，TCC 会有所不同。因此，最大频率设置为 600MHz。然后，您可以使用以下公式计算变容二极管的电抗：

结论

正如我们已经知道的那样，变容二极管是电子和射频电路中的有用组件。此外，该器件包含与电容器相似的特性，展示了它如何通过反向偏置电压的变化来增加或减少电容。我们还研究了它的一些应用，包括射频滤波器、VCO 以及频率和相位调制器。通常，当今存在两种类型的变容二极管，突变型和超突变型。每一个都有其独特的电容用途。

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