详解变容二极管原理、特点、用途-KIA MOS管

变容二极管分析

变容二极管(guan)(Varactor Diodes)又称"可变电抗二极管(guan)"，是利用PN结反偏时结电容大小随(sui)外加电压而变化的特性制成的。

反(fan)偏电(dian)(dian)压增大(da)时结电(dian)(dian)容(rong)(rong)减小、反(fan)之结电(dian)(dian)容(rong)(rong)增大(da)，变(bian)容(rong)(rong)二极(ji)管(guan)的电(dian)(dian)容(rong)(rong)量一般较小，其(qi)最大(da)值为几十pF到几百pF，最大(da)电(dian)(dian)容(rong)(rong)与最小电(dian)(dian)容(rong)(rong)之比约为5:1。

它(ta)主要(yao)在高频电路中用作自动调谐(xie)、调频、调相(xiang)等、例如在电视接(jie)收(shou)机的调谐(xie)回路中作可变电容。

变容二极管作用特点

1、变(bian)容二极(ji)管的作用是(shi)利用PN结之间电(dian)容可(ke)变(bian)的原理制成的半导体器件，在高频(pin)调谐、通信等(deng)电(dian)路中(zhong)作可(ke)变(bian)电(dian)容器使(shi)用。

图2 变(bian)容二极管与反(fan)向偏压

变容(rong)(rong)二极(ji)管属于反偏压(ya)二极(ji)管，改(gai)变其(qi)PN结上的反向偏压(ya)，即可改(gai)变PN结电容(rong)(rong)量。反向偏压(ya)越(yue)(yue)高，结电容(rong)(rong)则越(yue)(yue)少，反向偏压(ya)与结电容(rong)(rong)之间的关系(xi)是非线性的，如图(tu)2所示(shi)。

2、变容(rong)二极管(guan)的电(dian)容(rong)值(zhi)与反向(xiang)偏压值(zhi)的关(guan)系图(tu)解(jie)：

(a) 反向偏压(ya)增加，造(zao)成电容减少；

(b) 反向偏压(ya)减少，造成电容增加。

电容(rong)误差范围是(shi)一个规定的(de)变容(rong)二(er)极管的(de)电容(rong)量范围。数据表将显(xian)示最小值(zhi)、标称值(zhi)及最大值(zhi)，这些经常绘在图(tu)上。

变容二极管工作原理

变容(rong)二(er)极(ji)管(Varactor Diodes)为特(te)殊(shu)二(er)极(ji)管的(de)一种。当外(wai)加顺向偏(pian)压时(shi)，有大(da)量电流(liu)产生(sheng)，PN（正负极(ji)）结的(de)耗尽区变窄，电容(rong)变大(da)，产生(sheng)扩(kuo)散(san)电容(rong)效(xiao)(xiao)应(ying)；当外(wai)加反向偏(pian)压时(shi)，则(ze)会产生(sheng)过渡电容(rong)效(xiao)(xiao)应(ying)。但(dan)因加顺向偏(pian)压时(shi)会有漏电流(liu)的(de)产生(sheng)，所以在应(ying)用上均供(gong)给反向偏(pian)压。

变(bian)(bian)容(rong)(rong)二极管也(ye)称(cheng)为压(ya)控变(bian)(bian)容(rong)(rong)器，是根(gen)据所提供的电(dian)(dian)压(ya)变(bian)(bian)化而改变(bian)(bian)结(jie)电(dian)(dian)容(rong)(rong)的半(ban)导体(ti)。也(ye)就是说，作(zuo)为可变(bian)(bian)电(dian)(dian)容(rong)(rong)器，可以被应(ying)用于FM调谐(xie)(xie)器及(ji)TV调谐(xie)(xie)器等谐(xie)(xie)振电(dian)(dian)路(lu)和FM调制电(dian)(dian)路(lu)中。

其(qi)实我(wo)(wo)们可以把它看成(cheng)一(yi)个PN结(jie)，我(wo)(wo)们想，如果在PN结(jie)上加(jia)一(yi)个反向(xiang)电(dian)压(ya)V（变(bian)(bian)(bian)容二极(ji)管(guan)是反向(xiang)来(lai)用的(de)(de)(de)），则N型(xing)半(ban)导体(ti)内(nei)的(de)(de)(de)电(dian)子被引向(xiang)正极(ji)，P型(xing)半(ban)导体(ti)内(nei)的(de)(de)(de)空穴(xue)被引向(xiang)负极(ji)，然(ran)后形成(cheng)既(ji)没有(you)电(dian)子也(ye)没有(you)空穴(xue)的(de)(de)(de)耗尽层，该耗尽层的(de)(de)(de)宽度我(wo)(wo)们设(she)为d，随着(zhe)反向(xiang)电(dian)压(ya)V的(de)(de)(de)变(bian)(bian)(bian)化(hua)而(er)变(bian)(bian)(bian)化(hua)。

如此(ci)一来，反向电压V增大，则耗(hao)尽层(ceng)(ceng)d变(bian)宽，二极管的(de)电容量(liang)(liang)C就减少（根(gen)据C=kS/d），而(er)反向电压减小，则耗(hao)尽层(ceng)(ceng)宽d变(bian)窄，二极管的(de)电容量(liang)(liang)变(bian)大。反向电压V的(de)改(gai)变(bian)引起耗(hao)尽层(ceng)(ceng)的(de)变(bian)化，从(cong)而(er)改(gai)变(bian)了压控变(bian)容器的(de)结容量(liang)(liang)C。达到了目的(de)。

变容二极管(guan)是利用(yong)PN结之间(jian)电容可变的原理制成的半导体器(qi)件，在(zai)高频调谐、通信等电路中作可变电容器(qi)使用(yong)。

变(bian)容二(er)(er)(er)极管(guan)有玻璃外壳封(feng)(feng)装（玻封(feng)(feng)）、塑(su)料(liao)封(feng)(feng)装（塑(su)封(feng)(feng)）、金属外壳封(feng)(feng)装（金封(feng)(feng)）和无引线表(biao)面(mian)封(feng)(feng)装等多(duo)种封(feng)(feng)装形式(shi)。通(tong)常，中(zhong)小功率的变(bian)容二(er)(er)(er)极管(guan)采用玻封(feng)(feng)、塑(su)封(feng)(feng)或表(biao)面(mian)封(feng)(feng)装，而功率较(jiao)大的变(bian)容二(er)(er)(er)极管(guan)多(duo)采用金封(feng)(feng)。

主要(yao)用(yong)途

用于(yu)自(zi)动频率控制（AFC）和(he)调(diao)谐(xie)用的小功(gong)率二极管(guan)称变容二极管(guan)。通过施加反(fan)向电压， 使(shi)其PN结的静电容量发生(sheng)变化。因此，被使(shi)用于(yu)自(zi)动频率控制、扫描振荡、调(diao)频和(he)调(diao)谐(xie)等(deng)用途。

通常，虽然是(shi)采用硅的扩散型二(er)极(ji)管，但是(shi)也可采用合金扩散型、外(wai)延结合型、双重扩散型等特殊制作的二(er)极(ji)管，因(yin)为(wei)这些二(er)极(ji)管对于电(dian)压而言，其(qi)静电(dian)容量的变化率(lv)特别大。

结电(dian)容(rong)随反向(xiang)电(dian)压VR变化，取代可变电(dian)容(rong)，用(yong)作调谐回路(lu)、振荡(dang)电(dian)路(lu)、锁(suo)相(xiang)环路(lu)，常用(yong)于电(dian)视机高频头(tou)的频道转换和调谐电(dian)路(lu)，多以(yi)硅材料制作。

变容二极管的典(dian)型应用电路一

电(dian)容(rong)C1与(yu)变容(rong)二极管(guan)VD1结(jie)电(dian)容(rong)串(chuan)联(lian)，然后与(yu)L1并联(lian)构成LC并联(lian)谐振电(dian)路(lu)。

正极性的直流电(dian)压通(tong)过电(dian)阻R1加到VD1负极(ji)，当这一(yi)直流(liu)电压(ya)大(da)(da)小(xiao)(xiao)(xiao)变化时(shi) ，给(ji)VD1加的反向偏置电压(ya)大(da)(da)小(xiao)(xiao)(xiao)改变，其结电容(rong)(rong)容(rong)(rong)量大(da)(da)小(xiao)(xiao)(xiao)也改变，这样(yang)LC并联谐振(zhen)电路的谐振(zhen)频(pin)率(lv)也随之改变。

给(ji)变(bian)容二(er)极管加上反向(xiang)直流偏置电(dian)压，当这一(yi)反向(xiang)偏置电(dian)压大小(xiao)改变(bian)时， 变(bian)容二(er)极管的结(jie)电(dian)容容量大小(xiao)在改变(bian)。

变(bian)容(rong)二极管的(de)结(jie)电(dian)容(rong)与(yu)C1串联(lian)的(de)总电(dian)容(rong)与(yu)L1并(bing)联(lian)，变(bian)容(rong)二极管的(de)结(jie)电(dian)容(rong)只是这个LC并(bing)联(lian)电(dian)路中的(de)1只容(rong)量(liang)可变(bian)的电容，改变(bian)变(bian)容二(er)极管的容量，既能改变(bian)这一LC并联谐振(zhen)电路(lu)的谐振(zhen)频率。

变容二极管的典型应用(yong)电路二

变(bian)容(rong)二极管(guan)是电(dian)子可(ke)变(bian)电(dian)容(rong)。换句话说，变(bian)容(rong)二极管(guan)表(biao)现出来的电(dian)容(rong)是反偏电(dian)势的函数。这种现象导致了变容二(er)极(ji)管在一些需要考虑(lv)电容因素的场合(he)的几种常见应(ying)用。

下图为一(yi)个典型的变容二极管调谐(xie)的LC振荡电(dian)路。电路耦合(he)电感L2的作用是当(dang)振荡电路被当(dang)作射频放大器使用时，将射频信号(hao)输入到振荡电路。

主要的(de)LC振荡电(dian)路包括主电(dian)感L1，和电(dian)容(rong)C1与CR1的串联(lian)电(dian)容(rong)。除此之(zhi)外，还要考虑广泛存在于电(dian)子线路的杂散电(dian)容(rong)Cs。电容c2的(de)作(zuo)用是对调谐电压Vin,进行滤波(bo)。

因为(wei)LC调谐的(de)(de)(de)振荡电路的(de)(de)(de)谐振频率是LC的(de)(de)(de)函数，我们发现振荡电路的(de)(de)(de)最大与(yu)最小谐振频率之比随着电容比的平(ping)方(fang)根变化。

此处(chu)电(dian)容(rong)比(bi)是指反偏电(dian)压最小(xiao)时的(de)电(dian)容(rong)与反偏电(dian)压最大时的(de)电(dian)容(rong)之比(bi)。因而，电(dian)路的(de)调谐(xie)特征曲线(xian)(xian)(偏压-谐(xie)振频率)基本上是一(yi)条抛物(wu)线(xian)(xian)。

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