電子電路設(shè)計(jì)之變?nèi)荻O管等效電路

變?nèi)?a target="_blank">二極管或變?nèi)荻O管主要用于射頻或射頻電路設(shè)計(jì)，以提供電壓控制的可變電容。

這些電子元件可以以多種方式使用，其中電容水平需要由電壓控制，沒(méi)有它們，我們?cè)谑找魴C(jī)、手機(jī)和許多其他設(shè)備中享有的許多功能將是不可能的。

變?nèi)荻O管不僅可以用于電壓的模擬控制，例如在鎖相環(huán)中，還可以與微處理器結(jié)合使用，在微處理器中，可以數(shù)字方式產(chǎn)生電壓，然后轉(zhuǎn)換為模擬電壓，以通過(guò)使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC來(lái)控制二極管。

事實(shí)上，變?nèi)荻O管的應(yīng)用幾乎是無(wú)限的，它們被用于各種不同的電路用途，用于一般電子電路設(shè)計(jì)和射頻設(shè)計(jì)。

雖然使用了兩個(gè)名稱：變?nèi)荻O管和變?nèi)荻O管，但它們都是同一種形式的二極管。變?nèi)荻O管這個(gè)名字的意思是可變電抗器或電抗，而變?nèi)蓦娙莸囊馑际强勺冸娙荩勺冸娙荩?/p>

雖然即使是普通的PN結(jié)二極管也可以作為變?nèi)荻O管使用，但作為變?nèi)荻O管購(gòu)買的電子元件已經(jīng)過(guò)特別優(yōu)化，以提供所需的電容變化，這些變化往往比大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)PN結(jié)二極管的電容變化更大。

變?nèi)荻O管應(yīng)用

變?nèi)荻O管廣泛用于許多射頻設(shè)計(jì)中。它們提供了一種通過(guò)施加控制電壓來(lái)改變電路內(nèi)電容的方法。

這使它們具有幾乎獨(dú)特的功能，因此變?nèi)荻O管被廣泛用于許多射頻電路設(shè)計(jì)中。它們是許多射頻設(shè)計(jì)中必不可少的電子元件。

盡管變?nèi)荻O管或變?nèi)荻O管可用于許多不同的電路，但它們?cè)趦蓚€(gè)主要領(lǐng)域都有用途：

壓控振蕩器、VCO：壓控振蕩器用于許多不同的射頻設(shè)計(jì)。一個(gè)主要領(lǐng)域是鎖相環(huán)內(nèi)的振蕩器。反過(guò)來(lái)，它們可以用作FM解調(diào)器或頻率合成器。變?nèi)荻O管是壓控振蕩器中的關(guān)鍵元件。

射頻濾波器：使用變?nèi)荻O管可以調(diào)諧濾波器。在接收器前端電路中可能需要跟蹤濾波器，使濾波器能夠跟蹤輸入的接收信號(hào)頻率。同樣，這可以使用控制電壓進(jìn)行控制。通常，這可以通過(guò)微處理器控制下通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器提供。

頻率和相位調(diào)制器：變?nèi)荻O管可用于頻率調(diào)制器和相位調(diào)制器。在調(diào)頻器中，它們可以放置在發(fā)生器內(nèi)的諧振元件和施加到二極管的音頻上。這樣，它的電容會(huì)隨著音頻的變化而變化，導(dǎo)致信號(hào)頻率隨著電容的變化而上下移動(dòng)，從而與音頻保持一致。

對(duì)于相位調(diào)制，固定頻率信號(hào)可以通過(guò)移相網(wǎng)絡(luò)傳遞，并且二極管并入 int his。同樣，音頻被施加到二極管上，這會(huì)導(dǎo)致相位隨著音頻變化而變化。

就使用變?nèi)荻O管的電路而言，這些電路包括鎖相環(huán)振蕩器內(nèi)，因此包括許多類型的頻率合成器。

鑒于這些電子元件允許通過(guò)使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器、DAC 或 D2A 從可變電壓控制許多射頻電路，這使得微處理器能夠控制許多這些電子電路設(shè)計(jì)、濾波器、振蕩器等。

變?nèi)荻O管甚至可以用于某些類型的諧波倍增器電路。

可變電容器的操作

了解變?nèi)荻O管或變?nèi)荻O管工作原理的關(guān)鍵是了解電容器是什么以及什么可以改變電容。從下圖可以看出，電容器由兩塊板組成，兩塊板之間有絕緣電介質(zhì)。

。 . 。電容和可以存儲(chǔ)的電荷量取決于極板的面積和它們之間的距離。

電容器的電容取決于板的面積 - 面積越大，電容越大，以及它們之間的距離 - 距離越大，電容水平越小。

反向偏置二極管在 P 型區(qū)域和 N 型區(qū)域之間沒(méi)有電流流動(dòng)。N型區(qū)和P型區(qū)可以導(dǎo)電，可以認(rèn)為是兩塊板，它們之間的區(qū)域——耗盡區(qū)是絕緣電介質(zhì)。這與上面的電容器完全相同。

與任何二極管一樣，如果反向偏置發(fā)生變化，耗盡區(qū)的大小也會(huì)發(fā)生變化。如果變?nèi)荻O管或變?nèi)荻O管上的反向電壓增加，則二極管的耗盡區(qū)增加，如果變?nèi)荻O管上的反向電壓降低，則耗盡區(qū)變窄。因此，通過(guò)改變二極管上的反向偏置，可以改變電容。

變?nèi)荻O管電容隨反向偏置的變化

變?nèi)荻O管具有非線性電容曲線 - 變?nèi)荻O管的電容與其兩端電壓的平方根成反比。這意味著反向電壓的初始變化比較高電壓下的電容變化要大得多。

變?nèi)荻O管的典型電壓電容曲線

變?nèi)荻O管或變?nèi)蓦娐贩?hào)

變?nèi)荻O管或變?nèi)荻O管在電路圖或原理圖中顯示，使用組合了二極管和電容器符號(hào)的符號(hào)。這樣一來(lái)，很明顯，它被用作可變電容器而不是整流器。

變?nèi)荻O管電路符號(hào)

在任何電子電路設(shè)計(jì)中工作時(shí)，都必須確保變?nèi)荻O管保持反向偏置。這意味著陰極相對(duì)于陽(yáng)極將是正的，即變?nèi)荻O管的陰極將比陽(yáng)極更正。這樣，變?nèi)荻O管將充當(dāng)電路中的電容器而不是二極管。

變?nèi)荻O管等效電路

與任何其他組件一樣，變?nèi)荻O管不是一個(gè)完美的電容器，而是包含各種雜散元件。變?nèi)荻O管也是如此，因此，能夠?qū)⒍O管建模為等效電路是很有用的。在電子電路設(shè)計(jì)中，需要了解和適應(yīng)電容器和雜散元件。

變?nèi)荻O管的等效電路

可以看出，變?nèi)荻O管等效電路有幾個(gè)元件——不同的電路元件代表了使用二極管時(shí)看到的主要元件。

各種元素如下：

CJ（五）：變?nèi)荻O管的這個(gè)元件代表實(shí)際的可變結(jié)電容，它是二極管所需的主要元件。

RS（五）：這是二極管內(nèi)的串聯(lián)電阻，它根據(jù)施加的電壓而變化。

CP：該電路元件代表寄生電容，主要由基本二極管結(jié)本身周圍的電容產(chǎn)生。封裝內(nèi)的連接線對(duì)此做出了貢獻(xiàn)。

LP：該串聯(lián)電容主要來(lái)自變?nèi)荻O管封裝內(nèi)的接線。雖然很小，但在高頻射頻電路中仍然很明顯。

二極管中引線的串聯(lián)電阻可以忽略不計(jì)，特別是當(dāng)二極管在反向偏置下工作時(shí)，電容水平相對(duì)較小，因此串聯(lián)電阻影響不大。

變?nèi)荻O管類型

在研究用于特定射頻應(yīng)用的高性能變?nèi)荻O管時(shí)，經(jīng)常會(huì)看到術(shù)語(yǔ)“突變二極管”和“超突變?nèi)荻O管”。

這些術(shù)語(yǔ)與結(jié)有關(guān)，因此與變?nèi)荻O管的性能有關(guān) - 超突變二極管，顧名思義，在摻雜中具有非常急劇的變化，從而產(chǎn)生非常突然的結(jié) - 實(shí)際上它是一個(gè)超突變結(jié)！

變?nèi)荻O管規(guī)格

雖然變?nèi)荻O管由PN結(jié)形成，具有相同的基本特性，但需要一些特定的特征規(guī)格和參數(shù)來(lái)定義其作為可變電容的性能。

這些規(guī)格包括電容值和電容-電壓變化行為。

反向擊穿特性也非常重要，因?yàn)橥ǔＰ枰喈?dāng)高的反向電壓才能將二極管的電容降低到最低值。

另一個(gè)非常重要的參數(shù)是二極管的質(zhì)量因數(shù)或Q值，因?yàn)檫@會(huì)對(duì)整個(gè)電路的性能產(chǎn)生重大影響。低水平的 Q 值會(huì)降低濾波器的選擇性，或?qū)κ褂米內(nèi)荻O管的振蕩器的相位噪聲產(chǎn)生不利影響。

變?nèi)荻O管是非常有用的元件，可以以多種方式使用，尤其是在射頻電路中。通過(guò)改變電壓來(lái)控制電路內(nèi)的電容有很多用途，并且能夠創(chuàng)建鎖相環(huán)、間接頻率合成器、各種類型的頻率和相位調(diào)制器以及許多其他電路等項(xiàng)目。

審核編輯：黃飛