變?nèi)荻O管，也稱為變電容，VVC（電壓可變電容或調(diào)諧二極管），是一種半導(dǎo)體二極管，當(dāng)器件反向偏置時(shí)，其p-n結(jié)上具有可變電壓相關(guān)電容。
反向偏置基本上意味著當(dāng)二極管受到相反的電壓時(shí)，這意味著陰極處的正電壓和陽極的負(fù)電壓。
變?nèi)荻O管的工作方式取決于二極管處于反向偏置模式時(shí)p-n結(jié)上的現(xiàn)有電容。
在這種情況下，我們發(fā)現(xiàn)在結(jié)的p-n側(cè)上建立了一個(gè)未覆蓋的電荷區(qū)域，它們共同導(dǎo)致整個(gè)結(jié)上的耗盡區(qū)域。
此耗盡區(qū)域在器件中建立耗盡寬度，符號為 Wd。
由于上述解釋的隔離未覆蓋電荷，p-n結(jié)兩端的電容躍遷可以使用以下公式確定：
CT = ε。A/W
其中ε是半導(dǎo)體材料的介電常數(shù)，A是p-n結(jié)面積，Wd是耗盡寬度。
工作原理
變電容或變?nèi)荻O管的基本工作原理可以通過以下解釋來理解：
當(dāng)施加具有上升反向偏置電位的變?nèi)荻O管或變?nèi)荻O管時(shí)，會導(dǎo)致器件的耗盡寬度增加，進(jìn)而導(dǎo)致其過渡電容減小。
下圖顯示了變?nèi)荻O管的典型特性響應(yīng)。
我們可以看到CT的初始急劇下降，以響應(yīng)反向偏置電位的增加。通常，可變電壓電容二極管施加的反向偏置電壓VR的范圍限制為20 V。
關(guān)于施加的反向偏置電壓，轉(zhuǎn)換電容可以使用以下公式近似計(jì)算：
CT = K / （VT + VR）n
在該公式中，K是一個(gè)常數(shù)，由所用半導(dǎo)體材料的類型及其結(jié)構(gòu)布局決定。
VT是膝關(guān)節(jié)電位，如下所述：
VR是施加在設(shè)備上的反向偏置電位量。
對于使用合金結(jié)的可變電容二極管，n的值為1/2，對于使用擴(kuò)散結(jié)的二極管，n的值為1/3。
在沒有偏置電壓或零電壓偏置的情況下，電容C（0）作為VR的功能可以通過以下公式表示。
CT（VR） = C（0） / （1 + |VR/VT|）n
變電容等效電路
變電容二極管的標(biāo)準(zhǔn)符號（b）和等效近似電路（a）如下圖所示：
右圖提供了變電容二極管的近似仿真電路。
作為二極管，在反向偏置區(qū)域，等效電路RR中的電阻明顯較大（約1M歐姆），而幾何電阻值Rs則相當(dāng)小。CT 的值可能在 2 到 100 pF
之間變化，具體取決于所使用的變異帽類型。
為了確保RR值足夠大，從而使漏電流最小，通常選擇硅材料作為變電容二極管。
由于變分二極管應(yīng)該專門用于極高頻應(yīng)用，因此電感LS即使看起來很小，也不能被忽略。
這種看起來很小的電感的影響可能相當(dāng)顯著，可以通過以下電抗計(jì)算來證明。
XL = 2πfL，讓我們想象一下，頻率為 10 GHz，LS = 1 nH，將在 XLS = 2πfL = （6.28）（1010赫茲）（
10-9F） = 62.8 歐姆。這看起來太大了，毫無疑問，這就是為什么變電容二極管被指定有嚴(yán)格的頻率限制的原因。
如果我們假設(shè)頻率范圍合適，并且RS，XLS的值與其他串聯(lián)元件相比較低，則可以簡單地用可變電容器代替上述等效電路。
了解變?nèi)荻O管或變?nèi)荻O管的數(shù)據(jù)表
典型變電容二極管的完整數(shù)據(jù)表可以從下圖中研究：
上圖中的C3/C25之比顯示了當(dāng)二極管的反向偏置電位在3至25
V之間時(shí)，電容水平的比值。該比率有助于我們快速參考電容相對于施加的反向偏置電位的變化水平。
優(yōu)點(diǎn)Q系數(shù)提供了為應(yīng)用實(shí)現(xiàn)器件的考慮范圍，它也是電容器件每個(gè)周期存儲的能量與每個(gè)周期損失或耗散的能量之比的比率。
由于能量損失大多被認(rèn)為是負(fù)屬性，因此比率的相對值越高越好。
數(shù)據(jù)手冊的另一個(gè)方面是變電容二極管的諧振頻率。這是由公式?jīng)Q定的：
fo = 1/2π√LC
該系數(shù)決定了變電容二極管的應(yīng)用范圍。
電容溫度系數(shù)
參考上圖，可變電容二極管的電容溫度系數(shù)可以使用以下公式進(jìn)行評估：
其中ΔC表示器件電容的變化，由于溫度變化（T1 - T0）表示，對于特定的反向偏置電位。
例如，在上面的數(shù)據(jù)表中，它顯示了 C0 = 29 pF，VR = 3 V 和 T0 = 25 攝氏度。
使用上述數(shù)據(jù)，我們可以評估變分二極管電容電容的變化，只需將新的溫度T1值和圖表中的TCC代入（0.013）。有了新的VR，TCC值可以預(yù)期會相應(yīng)地變化。回顧數(shù)據(jù)表，我們發(fā)現(xiàn)達(dá)到的最大頻率為600
MHz。
使用此頻率值，變矩電容的電抗XL可以計(jì)算為：
XL = 2πfL = （6.28）（600 x 1010赫茲）（2.5 x 10-9F） = 9.42 歐姆
結(jié)果是一個(gè)相對較小的星等，忽略它是可以接受的。
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