變?nèi)荻O管應(yīng)用詳解

變?nèi)荻O管，是利用pN結(jié)反偏時結(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調(diào)諧、調(diào)頻、調(diào)相等、例如在電視接收機的調(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。當外加順向偏壓時，有大量電流產(chǎn)生，PN（正負極）結(jié)的耗盡區(qū)變窄，電容變大，產(chǎn)生擴散電容效應(yīng)；當外加反向偏壓時，則會產(chǎn)生過渡電容效應(yīng)。但因加順向偏壓時會有漏電流的產(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)萜鳎歉鶕?jù)所提供的電壓變化而改變結(jié)電容的半導體。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。

其實我們可以把它看成一個PN結(jié)，我們想，如果在PN結(jié)上加一個反向電壓V（變?nèi)荻O管是反向來用的），則N型半導體內(nèi)的電子被引向正極，P型半導體內(nèi)的空穴被引向負極，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，雖然是采用硅的擴散型二極管，但是也可采用合金擴散型、外延結(jié)合型、雙重擴散型等特殊制作的二極管，因為這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），就會使得Cj隨時間變化（時變電容），如圖7-14（a）所示，此時振蕩頻率為：

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負極，當這一直流電壓大小變化時，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，當這一反向偏置電壓大小改變時，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，的作用是當振蕩電路被當作射頻放大器使用時，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，進行濾波。

變?nèi)荻O管的調(diào)諧電路

因為LC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的電容與反偏電壓最大時的電容之比。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。

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