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如何选择变容二极管(Varactor Diodes)? [复制链接]

在二极管大家族中,变容二极管(Varactor Diodes、Varicap Diodes,Tunning Diode)属于异类,在PN结反偏时结电容随外加电压的变化而变化,即反偏电压增大时结电容减小,反之结电容增大。

 

图1.变容二极管的常见符号

 

由于独特的压控性能,变容二极管主要用于高频电路的自动调谐、调频、调相等、最常见的应用例子是电视机调谐器、FM收音机调制电路,还有热敏晶振等压控振荡器件。

 

工作原理

虽然名称是二极管,变容二极管本质上属于电容器,是一种采用半导体材料制作的电压控制型可变电容器,因此也有压控电容器(Varicap, Voltcap)的称谓。

 

 

图2.变容二极管理论模型

 

理论上,我们可以把变容二极管看成一个PN结,如果在PN结上加一个反向电压V(变容二极管是反向来用的),则N型半导体内的电子被引向正极,P型半导体内的空穴被引向负极,然后形成既没有电子也没有空穴的耗尽层。该耗尽层的宽度随反向电压V的变化而变化,反向电压V增大,则耗尽层变宽,二极管的电容量C就减少;如果反向电压减小,则耗尽层宽度变窄,二极管的电容量变大。

 

图3.变容二极管压控特性

 

这样,通过改变反向电压V大小,就引起了耗尽层宽度的变化,从而改变了变容二极管的结容量,实现了控制电容大小的目的。

 

主要用途

变容二极管主要输出电压控制的电容值,在RF电路中用作自动调谐、调频、调相等。在FR滤波器、压控振荡器(VCO)中,变容二极管也有大量应用。(1)FR滤波器:作为前端接收机电路的追踪滤波器,追踪接收到的输入信号的频率变化。(2)压控振荡器(VCO):VCO在很多领域应用广泛,例如带有锁相环(PLL)的振荡器,这在大多数无线接收器和无线电应用中很常见。

 

应用选型

选择变容二极管时,一般关注配置、最大反向耐压(Vr)、反向电流(Ir)、结电容(CT)、电容比及条件、等效串联电阻(Rs)、工作温度范围、封装规格等。变容二极管的电容值一般比较小,范围为几pF到几百pF,最大电容与最小电容之比值大约为1.47-19.5之间。

 

图4.用于VHF波段的变容二极管典型性能

 

封装上,中小功率的变容二极管多采用玻封、塑封,功率较大的变容二极管多采用金属封,外形规格有SOD-532、SOD-323、SOT-23(SOT-23-3)、SOD-882。变容二极管与普通二极管一样,工作于-55℃到+125℃温度范围内。选型时要注意工作频带等环境因素,电容-电压线性度要好,结电容的容差、结电容的温度系数、串联等效电阻(Rs)应尽可能小。

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