常用變?nèi)荻O管

1/1常用變?nèi)荻O管常用變?nèi)荻O管

變?nèi)荻O管（Varactors），又稱為電壓調(diào)諧電容（VoltagevariableCapactors，VVC）或調(diào)諧二極管（TuningDiodes），當(dāng)在二極管兩端加上反向偏壓時，會產(chǎn)生電容效應(yīng)，通常變?nèi)荻O管的電容量，隨反向偏壓增大而減小。變?nèi)荻O管優(yōu)點主要表現(xiàn)在：（1）體型小巧易于安裝；（2）易于實現(xiàn)自動電子調(diào)諧（AutoElectronicTuning），方便遙控的電子調(diào)諧器的設(shè)計。如今的電視系統(tǒng)或通信系統(tǒng)中的頻道選擇及呼叫等電路，基本上都由變?nèi)荻O管完成。

1、變?nèi)荻O管工作原理

變?nèi)荻O管的等效電路如圖1（a）所示。

圖1（a）變?nèi)荻O管的等效電路（b）變?nèi)荻O管的簡化等效電路

其中，Rp——反向偏壓的結(jié)電阻（JunctionResistance）；

'sL——外部引線電感；sL——內(nèi)部引線電感；cC——封裝電容；sR——二極管體電阻；jC——結(jié)電容。

通常，等效電路中的電感與封裝電容等都可略去不計，簡化后的等效電路如圖1（b）所示。一般地，變?nèi)荻O管與外加電壓的關(guān)系可表示為

(1)

jjD

CCvVγ

=

-(1)jC為變?nèi)荻O管的結(jié)電容，0jC為變?nèi)莨芗恿闫珘簳r的結(jié)電容；VD為變?nèi)莨躊N結(jié)內(nèi)建

電位差（硅管VD=0.7V，鍺管VD=0.3V）；γ為變?nèi)荻O管的電容變化指數(shù)，與頻偏的大小有關(guān)；v為變?nèi)莨軆啥怂拥姆聪螂妷骸Ｔ谛☆l偏情況下，選γ=1的變?nèi)荻O管可近似實現(xiàn)線性調(diào)頻；在大頻偏情況下，必須選γ=2的超突變結(jié)變?nèi)荻O管，才能實現(xiàn)較好的線性調(diào)頻。

變?nèi)荻O管的jCv-特性曲線如圖2所示。當(dāng)加入的反向電壓為

cosQQmvVvVVtΩΩ=+=+Ω時，設(shè)電路工作在線性調(diào)制狀態(tài)，在靜態(tài)工作點Q處，可得曲線的斜率為/ckCV=??。

圖2變?nèi)荻O管的jCv-特性曲線

2、變?nèi)荻O管重要參數(shù)：變?nèi)荼嚷逝cQ值

（1）變?nèi)荼嚷剩瑢嶋H上就是在兩個不同偏壓下的電容量比值，設(shè)為CR，可得近似的變?nèi)荼嚷蕿?/p>

maxminmaxmin()C()RVCVCVVγ

??=≈?

??

(2)

式中，min()CV——在偏壓最小時的結(jié)電容值；max()

CV——在偏壓最大時的結(jié)電容值。

可見，變?nèi)荼嚷蔆R與γ值有關(guān)，γ值愈大變?nèi)荼嚷蔆R愈大。

（2）變?nèi)荻O管Q值

由簡化的等效電路，可導(dǎo)出變?nèi)荻O管的元件Q值為

2

22

2(2)jp

spjsp

fCRQRRfCRRππ=

++(3)

可見，變?nèi)荻O管的Q值并非為定值，而是隨外加偏壓及頻率的變化而變化。通常，s

R阻值小于１歐姆，pR阻值為1010

Ω級，在較高頻率時，因22

(2)jspspfCRRRRπ+（），可得高頻時的Q值為

1

2sjs

QQfCRπ≈=

（4）

可見，由于二極管中等效串聯(lián)電阻Rs的影響，高頻時Q值將會降低。而在較低頻率時，由于等效電路以

p

R為主導(dǎo)，忽略

22

(2)sjsp

RfCRRπ+的影響，可得此時的Q值為

2pjpQQfCRπ≈=（5）

可見，在低的頻率段，隨著頻率的上升，Q值會有所提高；而在低的頻率段的低區(qū)，由于反向偏壓所引起的結(jié)電阻基本為恒值，會導(dǎo)致Q值下降。

由上面的分析可知，變?nèi)荻O管主要存在以下不足：

（1）品質(zhì)因素Q值不夠高。早期所用的機械式調(diào)諧電容器，元件本身的品質(zhì)因數(shù)Q值都很高，一般都可達幾千。因而應(yīng)用這類調(diào)諧電容器的電路，電路Q值可由振蕩線圈、振蕩電容、諧振電阻等元件而定；采用變?nèi)荻O管為調(diào)諧電容后，變?nèi)荻O管的Q值通常在幾十至幾百之間，因而必須注意其Q值對電路的影響，尤其是頻率的低端與高端。

（2）容易受溫度影響。由于變?nèi)荻O管為半導(dǎo)體器件，因而在溫度效應(yīng)上，仍有其先天不足，因此在設(shè)計時，應(yīng)注意溫度補償?shù)膯栴}。常用的補償設(shè)計，可采用的二極管正向?qū)▔航祦韺崿F(xiàn)對變?nèi)荻O管的溫度補償，當(dāng)溫度上升時，二極管正向?qū)ǖ膲航惦S之減少，因而可使變?nèi)荻O管上的反向偏壓改變。如圖3所示，二極管D1的正向壓降Vd設(shè)為0.6V，

當(dāng)溫度上升后，若Vd降至約為0.5V，而Vin保持為恒定，則輸出至變?nèi)荻O管Dv的偏壓Vo將會增加0.1V。所增加的電壓，將會使變?nèi)荻O管的電容量下降，因而可抵消因溫度改變而增加的量。在實際應(yīng)用時，為使這一電路能有效工作，補償用二極管的材質(zhì)特性，宜與變?nèi)荻O管的相當(dāng)。且在電路中的安裝位置，應(yīng)與變?nèi)荻O管處于相同的溫度環(huán)境。另外，以變?nèi)荻O管設(shè)計的電容控制振蕩器VCO，為鎖相環(huán)路中的主體，且由于其本身已具有反饋環(huán)路，由于外因?qū)е碌淖內(nèi)荻O管上容量產(chǎn)生變化，都可經(jīng)由反饋而取得補償，因而不需再加額外的補償裝置。

圖3正向二極管溫度補償

常用的國產(chǎn)變?nèi)荻O管有2CC系列和2CB系列，進口變?nèi)荻O管有S系列、MV系列、KV系列、1T系列、1SV系列等，表1列出了幾種常用的變?nèi)荻O管技術(shù)資料，僅供參考。

在工程應(yīng)用中，要注意以下幾點：

（1）進行調(diào)諧電視頻道或調(diào)幅廣播時，需要較寬的頻率范圍，因而通常選用1γ≥的超突變結(jié)變?nèi)荻O管；

（2）電容量大的，多用于頻率較低的系統(tǒng)，如應(yīng)用在10M以下的調(diào)幅（AM）廣播頻段；

（3）調(diào)諧變?nèi)荻O管在選用時應(yīng)盡量配對使用，因為在幾個調(diào)諧電路中用的是同一個調(diào)諧電壓，則要求變?nèi)荻O管在同一變化的電壓下，容量的變化相同，即電壓、容量特性的一致性。所以在選用更換時要求要同型號、同色點或同字母。以保證調(diào)諧的準確和良好的接收效果。

（4）在很多的技術(shù)資料上，都設(shè)min

V=4V為最佳工作狀況的最低反向偏壓值。有時為

取得更高的變?nèi)荼嚷?，可以降?/p>

min

V值，不過必須以犧牲