变容二极管的应用

变容二极管是电子可变电容。换句话说，变容二极管表现出来的电容是反偏电势的函数。这种现象导致了变容二极管在一些需要考虑电容因素的场合的几种常见应用。图1为一个典型的变容二极管调谐的lc振荡电路。电路耦合电感l2，的作用是当振荡电路被当作射频放大器使用时，将射频信号输人到振荡电路。主要的lc振荡电路包括主电感l1，和电容c1与cr1的串联电容。除此之外，还要考虑广泛存在于电子线路的杂散电容cs。隔直电容和串联电阻的功能前面已经介绍过了。电容c2的作用是对调谐电压vin，进行滤波。

因为lc调谐的振荡电路的谐振频率是lc的函数，我们发现振荡电路的最大与最小谐振频率之比随着电容比的平方根变化。此处电容比是指反偏电压最小时的电容与反偏电压最大时的电容之比。因而，电路的调谐特征曲线(偏压一谐振频率)基本上是一条抛物线。

变容二极管是一种利用半导体二PN结电容随外加反向偏压变化而变化的原理制成的半导体二极管。容二极管通常替代可变电容，应用在调谐器中。只要改变加在变容二极管上的反向偏压，就可改烃调谐器的谐振频率，因此这种调谐器被称为电调谐器。电调谐器业已发展到锁相环频率合成调谐、存储调谐等新一代调谐器，使接收机的调谐方式提高到一个新的水平。

变容二极管等效电路与参数

变容二极管工作在反向偏压下。变容二极管的符号。变容二极管的等效电路如图1(b)所示。Cj为结电容，Cj≈Cd，Cd为变容二极管的总电容(包括结电容、外壳电容和其经分布电容)。Rs为变容二极管的等效串联电阻(包括接线电阻、引线电阻及PN结电阻)。Ls为引线电感。变容二极管有四个基本参量，即结电容Cj，电容变化比，串联电阻Rs和击穿电压。复容二极管的结电容随所加负偏压而变化：结电容在零偏压时最大，在临近穿击时最小。变容二极管的典型特性曲线如图1(c)所示，图中Vd为反向偏压，Cd为结电容。变容二极管在零偏压时的结电容与在击穿电压时的结电容之比称为电容变化比。为使间谐频率范围较大，电容电压比应大了。串联电阻Rs会使变容二极管产生损耗，这种损耗越大，变容二极管的质量越差，因此，Rs越小越好。变容二极管击穿电压较高，一般15～90V。

变容二极管主要用于调谐、限幅、开关、倍频等电路，如目前彩电大量使用的电子调谐器中就使用了变容二极管。变容二极管如用于收音机则可解决故障率较高的收音机调谐机构问题。

电调谐回路

由变容二极管组成的基本调谐回路。改变外加偏压Vd，即可改变结电容，进而使调谐回路的谐振频率发生变化。变容二极管结电容会随强度变化而变化，其温度系数约为0.03～0.05%/℃，这在要求高的接收机中使用可能会产生失调及频率漂移。因此，将两个变容二极管反相串联后使用(见图 2(b))，可使失调降低15～20dB。另外，也可用一个硅二极管与之串联后进行温度补偿，可使温度系数下降至±0.005%/℃的范围内，性能已优于 LC调谐回路。

传统的直接检波式收音机的方框图。这种收音机中的使用由电感及可变电容组成的LC调谐回路，可变电容使用日久后，在灰尘、静电等因素的影响下，会使调谐电台时经常有“咔唰咔唰”的噪声，令人讨厌。另外，为了直观地指示出收听的频率，还要使用复杂的易出故障的接线机构。用变容二极管来取代 LC调谐回路中的可变就能克服以上缺点，而且还具有安装容易、分布参数影响小、容易实现调谐数字化与智能化其优点。采用变容二极管进行调谐的直接检波式收音机方框图如图3(b)所示。电位器W用来改变调谐电压。调谐电压经电阻R后加至变容二极管DC1上。通过改变调谐电压改变DC1的结电容，即可改变调谐频率。R为隔离电阻，防止调谐回路对地或Vcc短路，一般取值为10kΩ～1MΩ。C为隔直电容，一般可取0.01μF～0.47μF。

采用变容二极管的简易电调谐中波收音机。变容二极管DC1与天线线圈电感L1共同组成输入调谐回路。W1～W4组成频调电位器，由其向变容二极管提供工作偏压。S1～S4为四位互锁式按键开关。调谐回路选出的电台信号经集成电路LM386N内部检波放大后，推动扬声器SP发声。

变容二极管主要用于射频电路中，通过调节电压提供可变的电容。这种二极管通常用于电路调节，例如无线应用中，无线麦克风和收音机中使用的射频振荡器和滤波器。电路设计师应当了解使用非易失数模转换器为变容二极管(作用相当于电压控制的电容器)提供偏置电压的好处。

变容二极管在反向偏置电压下运行，会在PN结附近形成耗尽区(depletion zone)。改变反向偏置的水平，就能改变耗尽区的厚度，从而影响二极管的有效电容。电压增加，电容就相应减小。

变容二极管有指定的标称电容值，以及最高最低电压水平控制的电容范围。提升偏置电压范围就能提升可用电容范围，但设计师也可以通过采用变容二极管实现更高的电容-电压比。

实现可变偏置电压的一个方便的办法就是使用数模转换器(DAC)。大多数DAC的输出电压范围都在0V到+5.5V之间。如果需要更高的电压偏置，就要用更高电压的DAC。然而，在非逆变配置下，使用低成本，高电压的运算放大器可以利用普通5.5V DAC，实现输出电压的电平漂移。

使用DAC的确会带来潜在的误差。可变电容会受到任何形式的偏置电压幅度变化的影响，造成电容漂移。确定误差也有可能在使用微控制器控制DAC输出电压时产生。应该考虑的最主要的误差来源包括可变电容的非线性度、补偿误差和DAC积分非线性度(INL)。

系统天线可能成为噪声源，由此引起的电压会带来RF射频调制。图中表明，电压控制振荡器的LC电感电容槽电路部分。这种电路可以让之前提到的无线麦克风或收音机实现FM调制。

这里，背对背的可变电容配置可以让RF调制的影响降到最低。如果输入可变信号，一个二极管的偏置就会增加而另一个的会减少，以保持整体电容不变。要注意两个二极管是串联，电容是原来可变电容值的一半。

为了防止射频信号干扰外部调节电路，偏置电压通过隔离电阻或射频扼流进行回馈。

在偏置二极管中使用DAC也有其他好处。例如，多输入通道的DAC设备可以用于多级应用。另外，四通道DAC中，三个通道可以用来隔离带宽滤波，过滤低频、中频和高频信号;而第四个输出可以用于电路中的其他任何电压补偿，或者关掉第四个不需要使用的输出通道。这样一来，由于避免了设置独立的偏置方案，还可以节省设计空间和耗时。

有些DAC如MCP4728，还提供板载非易失性存储空间，以存储配置数据如输出电平、信号状态(开/关)。这使得设备可以重置或者以特定状态开启，因为可以存储预先编程的调谐状态。当预期事件或输入出现，或者掉电重启的时候，这些调谐状态可以重新唤起。