變容二極體的工作原理、作用及參數

2021-01-15 凱利訊半導體

變容二極體(Varactor Diodes)又稱「可變電抗二極體」,是利用pN結反偏時結電容大小隨外加電壓而變化的特性製成的。反偏電壓增大時結電容減小、反之結電容增大,變容二極體的電容量一般較小,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迴路中作可變電容。

一、工作原理

變容二極體為特殊二極體的一種。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。

變容二極體也稱為壓控變容器,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,可以被應用於FM調諧器及TV調諧器等諧振電路和FM調製電路中。

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(變容二極體是反向來用的),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,然後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,二極體的電容量C就減少(根據C=kS/d),而反向電壓減小,則耗盡層寬d變窄,二極體的電容量變大。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。

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

電路圖形符號



二、封裝形式

變容二極體有玻璃外殼封裝(玻封)、塑料封裝(塑封)、金屬外殼封裝(金封)和無引線表面封裝等多種封裝形式、如圖4-18所示。通常,中小功率的變容二極體採用玻封、塑封或表面封裝,而功率較大的變容二極體多採用金封。

三、特性參數

1.最高反向工作電壓VR:是指加在變容二極體兩端的反向電壓不能超過的電壓允許值。

2.反向擊穿電壓VB:在施加反向電壓的情況下,使變容二極體擊穿的電壓。

3.結電容C:它是指在一特定的反偏壓下,變容二極體內部PN結的電容。

4.結電容變化範圍:在工作電壓範圍內結電容的變化範圍。

5.電容比:是指結電容變化範圍內的最大電容與最小電容之比。

6.Q值:是變容二極體的品質因數,它反映了對迴路能量的損耗。

四、作用特點

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

變容二極體屬於反偏壓二極體,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係是非線性的,如右圖所示。

2.變容二極體的電容值與反向偏壓值的關係圖解:

(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。

電容誤差範圍是一個規定的變容二極體的電容量範圍。數據表將顯示最小值、標稱值及最大值,這些經常繪在圖上。

五、正負極區分

選擇500型萬用表的R×1k檔。首先將紅表筆接一端,黑表筆接另一端,若測得電阻值為6.5kΩ,與此同時記下錶針倒數偏轉格數n′≈19.7格。然後交換管腳位置後重新測量,電阻值變成無窮大。由此判定第一次為正向接法,正向電阻為6.5kΩ,正嚮導通電壓VF=0.03V/格×9.7格=0.59V。第二次則屬於反向接法。該管子具有單向導電性,並且靠近紅色環的管腳為正極。欲測量變容二極體的結電容,可選用100pF量程的線性電容表。


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