变容二极管的构造原理

变容二极管 VCD(Variable-Capacitance Diode)是利用反向偏压来改变PN结电容量的特殊半导体器件。它与普通二极管有相同之处,都用PN结,但也有重要区别。对于一般的半导体二极管,人们总希望尽量减小其结电容。对于变容二极管,却是要利用结电容。因为变容二极管的结电容能随外加的反向偏压而变化,所以它被用作调频、扫频及相位控制。目前,变容二极管的应用已相当广泛。例如,彩色电视机普遍采用具有记忆功能(预选台)的电子调谐器,其工作原理就是通过控制直流电压来改变变容二极管的结电容量,以选择某一频道的谐振频率。下面介绍其工作原理与检测方法。

变容二极管的构造原理参见上图

从本质上讲,它属于反偏压的二极管,其结电容就是耗尽层的电容。可近似反耗尽层视为平行板电容器,两个导电板之间有介质。因此,结电容 C1的容量与耗尽层的宽度d成反比,有公式C1 ∝1/d (5.3.3),又因为d与反向偏压V R 的n次方成正比(n是与掺杂浓度有关的常数),故C1 ∝1/VRn ,因此,反向偏压愈高,耗尽区就愈宽,而结电容量愈小。反之亦然。图中,VR1>VR2,故d2>d1,Cj2

变容二极管的简化等效电路及电路符号分别如图1(b)、(c)所示。图中用一只可变电容来表示结电容。R2是半导体材料的电阻。

图2给出了国产型B 11-1A变容二极管的结电容与反向偏压(C1- VR)之特性曲线。这种管子的反向偏压中心值为2~6V,标称电容量是7~14pF。由特性曲线不难看出,当反向偏压VR1=1V时,Cj1≈40pF;当VR2=10V时,Cj2≈3pF。因此,该管的结电容变化范围大致是40pF~3pF。利用下式计算电容调谐比TR值: TR= Cj1/ Cj2

将Cj1≈40pF,Cj2≈3pF代入式(5.3.3)中,TR≈13.3。

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