使用可变电容的特点。方案、说明

变容二极管的使用特点。无线电电子电气工程百科全书

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可变电容压控半导体电容器 - 变容二极管 - 具有强烈非线性的器件。因此，在变容二极管上施加振幅较大的交流电压的电路中，能够令人惊讶。

本质上，变容二极管是一种反向偏置的半导体二极管。其电流-电压特性的直接分支对于二极管的主要目的（整流、检测）至关重要，但对于变容二极管来说是微不足道的。在一般情况下，二极管甚至双极晶体管的集电极或发射极结都可以用作变容二极管（实际上这经常被实现）。

与半导体二极管不同，对于变容二极管，它们标准化（当然，在生产过程中提供）p-n 结在特定偏置电压下的电容和品质因数。请注意，要实现变容二极管的品质因数显着超过轮廓线圈的品质因数并不容易。这是通过以下事实来解释的：在变容二极管中，与任何二极管一样，半导体基极区域的电阻始终与 p-n 结串联，并且并联 - 由于通过结的反向电流而产生的等效电阻。变容二极管的品质因数相对较低，这意味着在计算振荡电路的品质因数时需要将其考虑在内

p-n 结的电容对施加到其上的反向电压的依赖性具有 C-Un 形式的幂律特征，其中参数 n 的值可以在 0,33 到 0,5 的范围内（由结确定）制造技术）。上图。图 1 显示了线性坐标中内置的 D902 变容二极管的典型电容电压特性。类似的特征可以在参考文献中找到。它们允许您确定不同偏置电压值下变容二极管的电容。

使用可变电容的特点

然而，最好处理建立在“双”（即在两个轴上）对数标度上的变容二极管的电容-电压特性。我们知道，在这样的尺度上，幂函数看起来像一条直线，其与 y 轴的倾斜角度的正切在数值上等于函数的指数。上图。图 2 显示了 D902 变容二极管的图表。用普通尺子测量直角三角形 ABC 的边，我们得到指数模的值为 0,5 (AB / BC)。该特征的下降性质表明该指标有负号。因此，D902 变容二极管的电容与施加电压的关系具有 С = U-0.5 的形式。

使用可变电容的特点

上述内容适用于“经典”变容二极管。为了提高现代变容二极管的控制效率，在制造过程中采取了特殊的技术措施，因此，电容-电压特性可能不再具有如此简单的形式。

由于变容二极管的电容-电压特性是非线性的，其在设备中的使用不可避免地会导致失真。德国业余无线电爱好者 Ulrich Graf (DK4SX) 测量了包含半导体二极管的各种带通滤波器中的二阶和三阶互调失真（Ulrich Graf. Intermodulation an Passiven Schaltungsteilen. - CQ DL, 1996, No. 3, s. 200-205）。他将两个电平为 +50 dB（3 欧姆时 10 mV）的信号应用于滤波器输入（输入电阻 50 欧姆），并分析了输出信号的频谱。格拉夫选择输入信号的频率值，使互调产物落在滤波器通带内。

在双电路输入带通滤波器的一项实验中，振荡电路中包含的恒定电容器被变容二极管取代。在这种情况下，滤波器输出处的二阶互调分量的电平增加了 10 dB，第三阶互调分量增加了近 50 dB！

换句话说，接收器输入电路中的变容二极管可能会降低其实际选择性，尽管它们很可能仅在相对高级的设备（通信设备）中以这种方式“工作”。然而，即使在中型接收器中，如果接收器在发射器附近运行，输入变容管处的互调也会变得很严重。

然而，在某些节点中，原则上必须向变容二极管提供相对较大的交流电压 - 我们正在谈论发电机。上图。图3示出了在发电机的振荡电路中包括变容二极管的广泛使用的方案。图 4 - 变容二极管的电容-电压 (C) 和电流-电压 (I) 特性以及在两个控制电压 (Uynp) 值下变容二极管两端的瞬时电压 (Ur)。请注意，为了使图表更加清晰，沿着“U”轴到零的右侧以及沿着“I；C”轴从零向下的刻度被放大。只要控制电压 (Uynp1) 与交流电压 (Ur) 的幅度相比较高，变容二极管就会正常工作。但随着控制电压（Ucontrol2）的降低，有时在电压负半波的峰值处，变容二极管的工作点将进入电流-电压特性的直接分支，并且开始对施加在其上的交流电压进行整流。

使用可变电容的特点

如何确定发电机中变容二极管正常工作区域的边界？例如，您可以测量变容二极管上的交流电压并将其与控制电压进行比较。这需要具有高输入阻抗和低输入电容的射频电压表（以便其连接不会改变发生器的工作模式）。

变容二极管上允许的最小控制电压可以在不违反发电机工作模式的情况下使用频率计来确定。它连接到发电机输出，并且发电机控制斜率对控制电压的依赖性被消除。

控制陡度 - 是发电机频率变化与引起该变化的控制电压给定变化之比 - ΔF / ΔU。当变容二极管完全包含在电路中时，斜率可以例如通过幂函数（至少对于D902）来描述，其指数取决于变容二极管的电容-电压特性的类型。回想一下（见上文），如果在“双”对数刻度上绘制这样的函数，则它是一条直线。如果变容二极管开始离开正常工作模式，则斜率对控制电压的依赖性的性质将会改变。在更一般的情况下也是如此，当变容二极管没有完全包含在电路中或其电容电压特性不是功率函数时。

由于电容-电压特性是非线性的，因此测量必须按一定的顺序进行。通过设置一些控制电压Uynp，可以确定振荡器频率Fr。然后，首先将该电压减小到Uypr - ΔUynp，然后增大到Uynp + ΔUynp，并从频率计显示屏上读取相应的频率值Fr1和Fr2。

控制电压Uypr下的控制斜率通过公式ΔF/ΔU=(Fr2-Fr1)/2ΔUynp计算。电压变化ΔUypr的绝对值应该是最小的，但是使得可以可靠地记录发电机频率的变化。然后设置另一个控制电压Ucontrol 值并重复测量。该技术减少了变容二极管电容电压特性的非线性对控制斜率测量精度的影响。

电路中完全包含变容二极管（见图 3）时发电机频率控制斜率的测量结果如图 5 所示。 3,5、可见，当变容二极管上的控制电压低于XNUMXV时，退出正常模式。换句话说，对于指定的发电机，该电压至关重要。

使用可变电容的特点

随着控制电压的进一步降低，曲线的斜率甚至可能改变其符号！这是由于已经提到的施加到变容二极管的高频电压的整流而发生的。从控制电压中减去整流电压并开始压倒控制电压。

如果所描述的情况发生，例如，您的接收器的本地振荡器，将会有一些令人惊讶的事情。想象一下 - 当您向同一方向旋转可变电阻“设置”的旋钮时，接收频率首先朝一个方向变化，然后几乎停止变化，然后又可以返回。

作者：B.Stepanov，莫斯科

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