电子电路设计之变容二极管等效电路

变容二极管或变容二极管主要用于射频或射频电路设计，以提供电压控制的可变电容。

这些电子元件可以以多种方式使用，其中电容水平需要由电压控制，没有它们，我们在收音机、手机和许多其他设备中享有的许多功能将是不可能的。

变容二极管不仅可以用于电压的模拟控制，例如在锁相环中，还可以与微处理器结合使用，在微处理器中，可以数字方式产生电压，然后转换为模拟电压，以通过使用数模转换器ADC来控制二极管。

事实上，变容二极管的应用几乎是无限的，它们被用于各种不同的电路用途，用于一般电子电路设计和射频设计。

虽然使用了两个名称：变容二极管和变容二极管，但它们都是同一种形式的二极管。变容二极管这个名字的意思是可变电抗器或电抗，而变容电容的意思是可变电容（可变电容）。

虽然即使是普通的PN结二极管也可以作为变容二极管使用，但作为变容二极管购买的电子元件已经过特别优化，以提供所需的电容变化，这些变化往往比大多数标准PN结二极管的电容变化更大。

变容二极管应用

变容二极管广泛用于许多射频设计中。它们提供了一种通过施加控制电压来改变电路内电容的方法。

这使它们具有几乎独特的功能，因此变容二极管被广泛用于许多射频电路设计中。它们是许多射频设计中必不可少的电子元件。

尽管变容二极管或变容二极管可用于许多不同的电路，但它们在两个主要领域都有用途：

压控振荡器、VCO：压控振荡器用于许多不同的射频设计。一个主要领域是锁相环内的振荡器。反过来，它们可以用作FM解调器或频率合成器。变容二极管是压控振荡器中的关键元件。

射频滤波器：使用变容二极管可以调谐滤波器。在接收器前端电路中可能需要跟踪滤波器，使滤波器能够跟踪输入的接收信号频率。同样，这可以使用控制电压进行控制。通常，这可以通过微处理器控制下通过数模转换器提供。

频率和相位调制器：变容二极管可用于频率调制器和相位调制器。在调频器中，它们可以放置在发生器内的谐振元件和施加到二极管的音频上。这样，它的电容会随着音频的变化而变化，导致信号频率随着电容的变化而上下移动，从而与音频保持一致。

对于相位调制，固定频率信号可以通过移相网络传递，并且二极管并入 int his。同样，音频被施加到二极管上，这会导致相位随着音频变化而变化。

就使用变容二极管的电路而言，这些电路包括锁相环振荡器内，因此包括许多类型的频率合成器。

鉴于这些电子元件允许通过使用数模转换器、DAC 或 D2A 从可变电压控制许多射频电路，这使得微处理器能够控制许多这些电子电路设计、滤波器、振荡器等。

变容二极管甚至可以用于某些类型的谐波倍增器电路。

可变电容器的操作

了解变容二极管或变容二极管工作原理的关键是了解电容器是什么以及什么可以改变电容。从下图可以看出，电容器由两块板组成，两块板之间有绝缘电介质。

。 . 。电容和可以存储的电荷量取决于极板的面积和它们之间的距离。

电容器的电容取决于板的面积 - 面积越大，电容越大，以及它们之间的距离 - 距离越大，电容水平越小。

反向偏置二极管在 P 型区域和 N 型区域之间没有电流流动。N型区和P型区可以导电，可以认为是两块板，它们之间的区域——耗尽区是绝缘电介质。这与上面的电容器完全相同。

与任何二极管一样，如果反向偏置发生变化，耗尽区的大小也会发生变化。如果变容二极管或变容二极管上的反向电压增加，则二极管的耗尽区增加，如果变容二极管上的反向电压降低，则耗尽区变窄。因此，通过改变二极管上的反向偏置，可以改变电容。

变容二极管电容随反向偏置的变化

变容二极管具有非线性电容曲线 - 变容二极管的电容与其两端电压的平方根成反比。这意味着反向电压的初始变化比较高电压下的电容变化要大得多。

变容二极管的典型电压电容曲线

变容二极管或变容电路符号

变容二极管或变容二极管在电路图或原理图中显示，使用组合了二极管和电容器符号的符号。这样一来，很明显，它被用作可变电容器而不是整流器。

变容二极管电路符号

在任何电子电路设计中工作时，都必须确保变容二极管保持反向偏置。这意味着阴极相对于阳极将是正的，即变容二极管的阴极将比阳极更正。这样，变容二极管将充当电路中的电容器而不是二极管。

变容二极管等效电路

与任何其他组件一样，变容二极管不是一个完美的电容器，而是包含各种杂散元件。变容二极管也是如此，因此，能够将二极管建模为等效电路是很有用的。在电子电路设计中，需要了解和适应电容器和杂散元件。

变容二极管的等效电路

可以看出，变容二极管等效电路有几个元件——不同的电路元件代表了使用二极管时看到的主要元件。

各种元素如下：

CJ（五）：变容二极管的这个元件代表实际的可变结电容，它是二极管所需的主要元件。

RS（五）：这是二极管内的串联电阻，它根据施加的电压而变化。

CP：该电路元件代表寄生电容，主要由基本二极管结本身周围的电容产生。封装内的连接线对此做出了贡献。

LP：该串联电容主要来自变容二极管封装内的接线。虽然很小，但在高频射频电路中仍然很明显。

二极管中引线的串联电阻可以忽略不计，特别是当二极管在反向偏置下工作时，电容水平相对较小，因此串联电阻影响不大。

变容二极管类型

在研究用于特定射频应用的高性能变容二极管时，经常会看到术语“突变二极管”和“超突变容二极管”。

这些术语与结有关，因此与变容二极管的性能有关 - 超突变二极管，顾名思义，在掺杂中具有非常急剧的变化，从而产生非常突然的结 - 实际上它是一个超突变结！

变容二极管规格

虽然变容二极管由PN结形成，具有相同的基本特性，但需要一些特定的特征规格和参数来定义其作为可变电容的性能。

这些规格包括电容值和电容-电压变化行为。

反向击穿特性也非常重要，因为通常需要相当高的反向电压才能将二极管的电容降低到最低值。

另一个非常重要的参数是二极管的质量因数或Q值，因为这会对整个电路的性能产生重大影响。低水平的 Q 值会降低滤波器的选择性，或对使用变容二极管的振荡器的相位噪声产生不利影响。

变容二极管是非常有用的元件，可以以多种方式使用，尤其是在射频电路中。通过改变电压来控制电路内的电容有很多用途，并且能够创建锁相环、间接频率合成器、各种类型的频率和相位调制器以及许多其他电路等项目。

审核编辑：黄飞