變?nèi)荻O管應(yīng)用等基礎(chǔ)知識(shí)詳解

變?nèi)荻O管（Varactor Diodes）又稱“可變電抗二極管”，是利用pN結(jié)反偏時(shí)結(jié)電容大小隨外加電壓而變化的特性制成的。反偏電壓增大時(shí)結(jié)電容減小、反之結(jié)電容增大，變?nèi)荻O管的電容量一般較小，其最大值為幾十皮法到幾百皮法，最大區(qū)容與最小電容之比約為5:1。它主要在高頻電路中用作自動(dòng)調(diào)諧、調(diào)頻、調(diào)相等、例如在電視接收機(jī)的調(diào)諧回路中作可變電容。

變?nèi)荻O管工作原理

變?nèi)荻O管（Varactor Diodes）為特殊二極管的一種。當(dāng)外加順向偏壓時(shí)，有大量電流產(chǎn)生，PN（正負(fù)極）結(jié)的耗盡區(qū)變窄，電容變大，產(chǎn)生擴(kuò)散電容效應(yīng)；當(dāng)外加反向偏壓時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生過渡電容效應(yīng)。但因加順向偏壓時(shí)會(huì)有漏電流的產(chǎn)生，所以在應(yīng)用上均供給反向偏壓。

變?nèi)荻O管也稱為壓控變?nèi)萜?，是根?jù)所提供的電壓變化而改變結(jié)電容的半導(dǎo)體。也就是說，作為可變電容器，可以被應(yīng)用于FM調(diào)諧器及TV調(diào)諧器等諧振電路和FM調(diào)制電路中。

其實(shí)我們可以把它看成一個(gè)PN結(jié)，我們想，如果在PN結(jié)上加一個(gè)反向電壓V（變?nèi)荻O管是反向來用的），則N型半導(dǎo)體內(nèi)的電子被引向正極，P型半導(dǎo)體內(nèi)的空穴被引向負(fù)極，然后形成既沒有電子也沒有空穴的耗盡層，該耗盡層的寬度我們設(shè)為d，隨著反向電壓V的變化而變化。如此一來，反向電壓V增大，則耗盡層d變寬，二極管的電容量C就減少（根據(jù)C=kS/d），而反向電壓減小，則耗盡層寬d變窄，二極管的電容量變大。反向電壓V的改變引起耗盡層的變化，從而改變了壓控變?nèi)萜鞯慕Y(jié)容量C。達(dá)到了目的。

變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)之間電容可變的原理制成的半導(dǎo)體器件，在高頻調(diào)諧、通信等電路中作可變電容器使用。

變?nèi)荻O管作用

1、變?nèi)荻O管的作用是利用PN結(jié)之間電容可變的原理制成的半導(dǎo)體器件，在高頻調(diào)諧、通信等電路中作可變電容器使用。

變?nèi)荻O管屬于反偏壓二極管，改變其PN結(jié)上的反向偏壓，即可改變PN結(jié)電容量。反向偏壓越高，結(jié)電容則越少，反向偏壓與結(jié)電容之間的關(guān)系是非線性的，如右圖所示。

2、變?nèi)荻O管的電容值與反向偏壓值的關(guān)系圖解：

（a） 反向偏壓增加，造成電容減少；

（b） 反向偏壓減少，造成電容增加。

電容誤差范圍是一個(gè)規(guī)定的變?nèi)荻O管的電容量范圍。數(shù)據(jù)表將顯示最小值、標(biāo)稱值及最大值，這些經(jīng)常繪在圖上。

變?nèi)荻O管常見用途

材料多為硅或砷化鎵單晶，并采用外延工藝技術(shù)。反偏電壓愈大，則結(jié)電容愈小。變?nèi)荻O管具有與襯底材料電阻率有關(guān)的串聯(lián)電阻。對于不同用途，應(yīng)選用不同C和Vr特性的變?nèi)荻O管，如有專用于諧振電路調(diào)諧的電調(diào)變?nèi)荻O管、適用于參放的參放變?nèi)荻O管以及用于固體功率源中倍頻、移相的功率階躍變?nèi)荻O管等。

用于自動(dòng)頻率控制（AFC）和調(diào)諧用的小功率二極管稱變?nèi)荻O管。通過施加反向電壓， 使其PN結(jié)的靜電容量發(fā)生變化。因此，被使用于自動(dòng)頻率控制、掃描振蕩、調(diào)頻和調(diào)諧等用途。通常，雖然是采用硅的擴(kuò)散型二極管，但是也可采用合金擴(kuò)散型、外延結(jié)合型、雙重?cái)U(kuò)散型等特殊制作的二極管，因?yàn)檫@些二極管對于電壓而言，其靜電容量的變化率特別大。結(jié)電容隨反向電壓VR變化，取代可變電容，用作調(diào)諧回路、振蕩電路、鎖相環(huán)路，常用于電視機(jī)高頻頭的頻道轉(zhuǎn)換和調(diào)諧電路，多以硅材料制作。

變?nèi)荻O管調(diào)頻電路

（1）變?nèi)荻O管調(diào)頻原理

變?nèi)荻O管結(jié)電容Cj與在其兩端所加反偏電壓u之間存在著如下關(guān)系：

式中C0為變?nèi)荻O管零偏時(shí)的電容，uφ為變?nèi)荻O管PN結(jié)的勢壘電位差，為結(jié)電容變化指數(shù)。

（2）變?nèi)荻O管直接調(diào)頻性能分析

Cj為回路總電容。圖7-13為一變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路，Cj作為回路總電容接入回路。圖7-13（b）是圖7-13（a）振蕩回路的簡化高頻電路。

由此可知，若變?nèi)莨苌霞觰Ω（t），就會(huì)使得Cj隨時(shí)間變化（時(shí)變電容），如圖7-14（a）所示，此時(shí)振蕩頻率為：

圖7-13變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路

圖7-14變?nèi)莨芫€性調(diào)頻原理

圖7-19變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路舉例（a）實(shí)際電路；（b）等效電路

變?nèi)荻O管的典型應(yīng)用電路一

電容C1與變?nèi)荻O管VD1結(jié)電容串聯(lián)，然后與L1并聯(lián)構(gòu)成LC并聯(lián)諧振電路。正極性的直流電壓通過電阻R1加到VD1負(fù)極，當(dāng)這一直流電壓大小變化時(shí)，給VD1加的反向偏置電壓大小改變，其結(jié)電容容量大小也改變，這樣LC并聯(lián)諧振電路的諧振頻率也隨之改變。

給變?nèi)荻O管加上反向直流偏置電壓，當(dāng)這一反向偏置電壓大小改變時(shí)，變?nèi)荻O管的結(jié)電容容量大小在改變。

變?nèi)荻O管的結(jié)電容與C1串聯(lián)的總電容與L1并聯(lián)，變?nèi)荻O管的結(jié)電容只是這個(gè)LC并聯(lián)電路中的1只容量可變的電容，改變變?nèi)荻O管的容量，既能改變這一LC并聯(lián)諧振電路的諧振頻率。

變?nèi)荻O管的典型應(yīng)用電路二

變?nèi)荻O管是電子可變電容。換句話說，變?nèi)荻O管表現(xiàn)出來的電容是反偏電勢的函數(shù)。這種現(xiàn)象導(dǎo)致了變?nèi)荻O管在一些需要考慮電容因素的場合的幾種常見應(yīng)用。下圖為一個(gè)典型的變?nèi)荻O管調(diào)諧的LC振蕩電路。電路耦合電感L2，的作用是當(dāng)振蕩電路被當(dāng)作射頻放大器使用時(shí)，將射頻信號輸人到振蕩電路。主要的LC振蕩電路包括主電感L1，和電容C1與CR1的串聯(lián)電容。除此之外，還要考慮廣泛存在于電子線路的雜散電容Cs。隔直電容和串聯(lián)電阻的功能前面已經(jīng)介紹過了。電容C2的作用是對調(diào)諧電壓Vin，進(jìn)行濾波。

變?nèi)荻O管的調(diào)諧電路

因?yàn)長C調(diào)諧的振蕩電路的諧振頻率是LC的函數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)振蕩電路的最大與最小諧振頻率之比隨著電容比的平方根變化。此處電容比是指反偏電壓最小時(shí)的電容與反偏電壓最大時(shí)的電容之比。因而，電路的調(diào)諧特征曲線（偏壓一諧振頻率）基本上是一條拋物線。