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变容二极管:电子爱好者的终极指南

  • 发表时间:2021-09-06 10:03:12
  • 来源:本站
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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。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具有有用的应用,可提供压控电容。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 RF 电路上。那么让我们来看看吧!了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此特定主题的更多知识。

 (图片显示变容二极管。来源:维基共享资源)

(图片显示变容二极管。来源:维基共享资源)

1. 什么是变容二极管?

变容(可变电容)二极管,也称为变容二极管或调谐二极管,是一种独特的半导体在反向偏置时在器件的 pn 结上提供依赖电压的电容利用能力

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。我们还探索了一些组件的应用程序。 

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运行。

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。它的结经历了在制造过程中受到控制的掺杂分布。此外,电容与其接收的电压成反比。

应用

射频滤波器:

实际变容二极管还可以提供滤波器调谐功能。这涉及在前端电路中实现跟踪接收器,使它们能够监控传入信号。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,这是一个关键组件。振荡器的主要操作涉及锁相环这些为频率合成器或 FM 解调器提供了应用。

(合成器包含一个 VCO,它利用了变容二极管)

(合成器包含一个 VCO,它利用了变容二极管)

频率和相位调制器:

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集成到发生器中电谐振中,从而允许二极管接收音频。结果,电容将与音频保持一致。反过来,这会触发频率信号上下移动,以匹配电容变化。

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

三、变容二极管的工作原理

变容二极管电路图:

(图像显示电路上的变容二极管。来源:Wikimedia Commons)

(图像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,您将看到它包含与PN 结二极管相似的特性该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,以象征电容器的导电板。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。 资料来源:维基共享资源

(可变二极管电路符号。来源:维基共享资源)

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 (Ɛ) 和耗尽区的宽度 (d)。您会发现这在以下公式中表示:

 C = AƐd

工作准则:

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,并在两者之间放置绝缘电介质。变容二极管的 P 型和 N 型区用作导电板,而耗尽区代表电介质。由于其与电容器相似的构造和设计,二极管会产生电容。

变容二极管具有与电容器相似的特性

(变容二极管具有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更短,则电容会增加。然而,两者之间的距离变大或介电常数下降会导致电容降低。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。由于耗尽区的宽度调整而发生电容变化。

反向偏置的变容二极管会导致耗尽区变化。首先,一旦反向偏置增加,该区域就会扩大。实际上,N 型和 P 型之间的空间增大,从而降低了电容。减小反向偏置将导致耗尽区收紧。因此,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。

图像显示增加和减少电容的影响。 资料来源:维基共享资源

(图片展示了增加和减少电容的影响。来源:维基共享资源)

基本操作:

变容二极管本质上存储电荷。结果,这些组件通常在反向偏置中起作用。施加反向偏置电压将导致 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

通常,变容二极管包含几个主要组件,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。它根据接收到的电压而有所不同。

  • CJ (V):这里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

您可以使用以下公式计算变容二极管的电容系数温度:

TC C = CC0(T1 – T0)x 100% %/°C

ΔC 值表示器件在反向偏置期间因温度变化 (T1 – T0) 而引起的电容变化。例如,我们将查看一个值,其中 C 0等于 29 pF,VR 为 3V,T 0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,TC C会发生变化。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:

XL = 2πfL = (6.28)(600 x 10 10 Hz)(2.5 x 10 -9 F) = 9.42 欧姆

结论

正如我们所知,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类似的功能,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 RF 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。每一种都有其独特的电容用途。

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