變容二極管應用等基礎知識詳解

變容二極管（Varactor Diodes）又稱“可變電抗二極管”，是利用pN結反偏時結電容大小隨外加電壓而變化的特性制成的。反偏電壓增大時結電容減小、反之結電容增大，變容二極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諧、調頻、調相等、例如在電視接收機的調諧回路中作可變電容。

變容二極管工作原理

變容二極管（Varactor Diodes）為特殊二極管的一種。當外加順向偏壓時，有大量電流產生，PN（正負極）結的耗盡區變窄，電容變大，產生擴散電容效應；當外加反向偏壓時，則會產生過渡電容效應。但因加順向偏壓時會有漏電流的產生，所以在應用上均供給反向偏壓。

變容二極管也稱為壓控變容器，是根據所提供的電壓變化而改變結電容的半導體。也就是說，作為可變電容器，可以被應用于FM調諧器及TV調諧器等諧振電路和FM調制電路中。

其實我們可以把它看成一個PN結，我們想，如果在PN結上加一個反向電壓V（變容二極管是反向來用的），則N型半導體內的電子被引向正極，P型半導體內的空穴被引向負極，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，從而改變了壓控變容器的結容量C。達到了目的。

變容二極管是利用PN結之間電容可變的原理制成的半導體器件，在高頻調諧、通信等電路中作可變電容器使用。

變容二極管作用

1、變容二極管的作用是利用PN結之間電容可變的原理制成的半導體器件，在高頻調諧、通信等電路中作可變電容器使用。

變容二極管屬于反偏壓二極管，改變其PN結上的反向偏壓，即可改變PN結電容量。反向偏壓越高，結電容則越少，反向偏壓與結電容之間的關系是非線性的，如右圖所示。

2、變容二極管的電容值與反向偏壓值的關系圖解：

（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定的變容二極管的電容量范圍。數據表將顯示最小值、標稱值及最大值，這些經常繪在圖上。

變容二極管常見用途

材料多為硅或砷化鎵單晶，并采用外延工藝技術。反偏電壓愈大，則結電容愈小。變容二極管具有與襯底材料電阻率有關的串聯電阻。對于不同用途，應選用不同C和Vr特性的變容二極管，如有專用于諧振電路調諧的電調變容二極管、適用于參放的參放變容二極管以及用于固體功率源中倍頻、移相的功率階躍變容二極管等。

用于自動頻率控制（AFC）和調諧用的小功率二極管稱變容二極管。通過施加反向電壓， 使其PN結的靜電容量發生變化。因此，被使用于自動頻率控制、掃描振蕩、調頻和調諧等用途。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。結電容隨反向電壓VR變化，取代可變電容，用作調諧回路、振蕩電路、鎖相環路，常用于電視機高頻頭的頻道轉換和調諧電路，多以硅材料制作。

變容二極管調頻電路

（1）變容二極管調頻原理

變容二極管結電容Cj與在其兩端所加反偏電壓u之間存在著如下關系：

式中C0為變容二極管零偏時的電容，uφ為變容二極管PN結的勢壘電位差，為結電容變化指數。

（2）變容二極管直接調頻性能分析

Cj為回路總電容。圖7-13為一變容二極管直接調頻電路，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，若變容管上加uΩ（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變容二極管直接調頻電路

圖7-14變容管線性調頻原理

圖7-19變容二極管直接調頻電路舉例（a）實際電路；（b）等效電路

變容二極管的典型應用電路一

電容C1與變容二極管VD1結電容串聯，然后與L1并聯構成LC并聯諧振電路。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，其結電容容量大小也改變，這樣LC并聯諧振電路的諧振頻率也隨之改變。

給變容二極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，變容二極管的結電容容量大小在改變。

變容二極管的結電容與C1串聯的總電容與L1并聯，變容二極管的結電容只是這個LC并聯電路中的1只容量可變的電容，改變變容二極管的容量，既能改變這一LC并聯諧振電路的諧振頻率。

變容二極管的典型應用電路二

變容二極管是電子可變電容。換句話說，變容二極管表現出來的電容是反偏電勢的函數。這種現象導致了變容二極管在一些需要考慮電容因素的場合的幾種常見應用。下圖為一個典型的變容二極管調諧的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。隔直電容和串聯電阻的功能前面已經介紹過了。電容C2的作用是對調諧電壓Vin，進行濾波。

變容二極管的調諧電路

因為LC調諧的振蕩電路的諧振頻率是LC的函數，我們發現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，電路的調諧特征曲線（偏壓一諧振頻率）基本上是一條拋物線。