變?nèi)荻䴓O管它的結(jié)電容值會(huì)隨著反向偏壓而改變
發(fā)布時(shí)間:2011/12/14 9:56:17 訪問(wèn)次數(shù):10780
變?nèi)荻䴓O管就是針對(duì)這個(gè)可變電容的特性所特別設(shè)計(jì)的。NCP303LSN32T1這些元件常用于通信系統(tǒng)中的調(diào)諧電路。
在學(xué)完這一節(jié)后,你應(yīng)該能夠:說(shuō)明變?nèi)荻䴓O管的可變電容特性,并且分析它在一般線(xiàn)路的工作情況;辨識(shí)變?nèi)荻䴓O管的符號(hào);說(shuō)明為何反向偏壓的變?nèi)荻䴓O管會(huì)具有電容性;參與討論電客值如何隨著反向偏壓改變;詮釋變?nèi)荻䴓O管的特性參數(shù)表;定義調(diào)諧比率( tuning ratio);定義質(zhì)量因數(shù)(quality Factor) Q;參與討論變?nèi)荻䴓O管的溫度系數(shù);分析變?nèi)荻䴓O管調(diào)諧帶通濾波器(band-pass filter)。
變?nèi)荻䴓O管是工作在反向偏壓的二極管,其摻雜程度可使達(dá)到耗盡區(qū)最大電容。被反向偏壓擴(kuò)大的耗盡區(qū)具不導(dǎo)電特性,可當(dāng)作電容器的電介質(zhì)。而P和N型區(qū)具有導(dǎo)電性,可視作電容器的極板,如圖3.19所示。
1.基本工作原理
當(dāng)反向偏壓增加,耗盡區(qū)會(huì)變寬,可有效地增加極板之間的距離和電介質(zhì)的厚度,因此降低了電容值。當(dāng)反向偏壓降低,耗盡區(qū)變窄,所以電容值增加。這個(gè)動(dòng)作如圖3. 20(a)和3.20(b)所示。變?nèi)荻䴓O管的電容值(CT)對(duì)反向偏壓的曲線(xiàn)圖,如圖3.20(c)所示。對(duì)這個(gè)元件而言,當(dāng)VR從1V變化到40V,CT從40pF變化到稍大于4pF的電容值。
電容值是由電極面積(A)、介電常數(shù)(e)和電介質(zhì)厚度(d)等參數(shù)所決定,如下式所示: C=Aε/d
在變?nèi)荻䴓O管中,這些電容參數(shù)是由PN結(jié)的摻雜方法、二極管架構(gòu)的大小與幾何形狀所控制。變?nèi)荻䴓O管的電容值通常從幾皮法到幾百皮法。
(1)變?nèi)荻䴓O管的特性參數(shù)表信息
變?nèi)荻䴓O管的特定系列(1N5139-1N5148)的部分特性參數(shù)表,如圖3.22所示。所標(biāo)示的二極管電容值是在反向直流偏壓4V時(shí),所量測(cè)得到的值,此系列的電容值從6.8~47pF。
(2)電容誤差范圍
CT的最小和最大值是根據(jù)10%的誤差來(lái)決定。例如,當(dāng)反向偏壓為4V時(shí),1N5139顯示的電容值介于6.lpF和7.5pF之間。這個(gè)誤差范圍不應(yīng)該跟反向偏壓變化所導(dǎo)致的電容值變化范圍混為一談,反向偏壓決定于調(diào)諧比率,將在下一段落討論。
(3)調(diào)諧比率
變?nèi)荻䴓O管的調(diào)諧比率又稱(chēng)為電客比率( capacitance ratio),它是二極管在最小反向偏壓下的電容值和在最大反向偏壓下電容值的比率。圖3. 22所表示的變?nèi)荻䴓O管,調(diào)諧比率是在為4V的測(cè)量值除以在為60V的測(cè)量值。在這種情況下的調(diào)諧比率可用C4/C60表示。
對(duì)于1N5139,標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)諧比率是2.9。這意味著VR當(dāng)從4V增加到60V時(shí),電容值成2.9倍降低。以下的計(jì)算說(shuō)明如何使用調(diào)諧比率(TR)來(lái)計(jì)算出1N5139的電容值范圍。
從圖3. 22(a)的參數(shù)表中,C4=6.8pF,而標(biāo)準(zhǔn)的TR=C4/C60=2.9。所以, C60=C4/TR=6.8pF/2.9=2.3pF
當(dāng)VR從4V增加到60V,二極管電容從6.8pF變化到2.3pF。
電容值范圍也可以從圖3. 22(b)的圖表計(jì)算出來(lái),它顯示變?nèi)荻䴓O管的電容值如何隨反向電壓從1~60V變化。在圖中,可以看出1N5139的電容值在VR=1V時(shí)大約是10.5pF,在VR=60V時(shí)大約是2.3pF。
變?nèi)荻䴓O管1N51XX系列是突變結(jié)面元件。在P型和N型區(qū)的摻雜程度是均勻地,如此PN結(jié)會(huì)有相對(duì)突然的改變,而不會(huì)和整流二極管一樣的平緩改變。結(jié)面的突然改變決定了調(diào)諧比率。其他種類(lèi)的變客二極管如MV1401是超突變?cè)?hyper-abrupt Device),它的摻雜樣式造成更為突變的結(jié)面。很多超突變的變?nèi)荻䴓O管的調(diào)諧比率可以高達(dá)10到15。
(4)靈敏值
電抗元件的靈敏值( figure of merit)或質(zhì)量因數(shù)(Q,quality factor)是電容器(或電感器)所儲(chǔ)存的能量與釋放并消耗在阻抗的能量比率。1N5139在V。-4V時(shí),有最小的Q值350,這表示二極管電容儲(chǔ)存和釋放的能量比消耗在元件阻抗的能量大350倍。Q值越高越好。圖3. 22(c)是此系列三個(gè)變?nèi)荻䴓O管的圖表,它顯示標(biāo)準(zhǔn)靈敏值會(huì)隨著反向偏壓增加而增加。
(5)溫度系數(shù)
二極管電容具有正溫度系數(shù),所以當(dāng)溫度增加時(shí),CT會(huì)少量地增加。靈敏值具有負(fù)溫度系數(shù),所以當(dāng)溫度增加時(shí)Q值會(huì)降低。
2.應(yīng) 用
變?nèi)荻䴓O管主要應(yīng)用在調(diào)諧電路上。例如,電視的電子調(diào)諧器和其他市售的收音機(jī)都使用變?nèi)荻䴓O管。當(dāng)應(yīng)用于諧振電路時(shí),變?nèi)荻䴓O管就如同可變電容器,可以由可變的電壓幅度調(diào)整諧振頻率,如圖3.23所示,其中的變?nèi)荻䴓O管就可調(diào)出并聯(lián)諧振帶通濾波器中所需電容量的全部變化范圍。
變?nèi)荻䴓O管和電感在輸出端和交流接地之間,形成一個(gè)并聯(lián)的諧振電路。電容器Cl、C2、C3相C4是耦合電容器,用來(lái)消除濾波電路對(duì)直流偏壓電路形成的負(fù)載效應(yīng)。這些電容器對(duì)濾波器的頻率沒(méi)有影響,因?yàn)樗鼈兊碾娍怪翟诠舱耦l率是可忽略的。C1隔離了從分壓器經(jīng)過(guò)電感和RL回饋到交流信號(hào)源的直流路徑。C2隔離了經(jīng)過(guò)電感器從變?nèi)荻䴓O管的陰極到陽(yáng)極的直流路徑。C3隔離了經(jīng)過(guò)電感到輸出負(fù)載的直流路徑。C4隔離了到接地之間的直流路徑。
電阻R2、R3、R4和可變電阻器R4組成用于調(diào)整變?nèi)荻䴓O管偏壓的直流分壓。變?nèi)荻䴓O管兩端的反向偏壓會(huì)隨可變電阻而變化。
變?nèi)荻䴓O管就是針對(duì)這個(gè)可變電容的特性所特別設(shè)計(jì)的。NCP303LSN32T1這些元件常用于通信系統(tǒng)中的調(diào)諧電路。
在學(xué)完這一節(jié)后,你應(yīng)該能夠:說(shuō)明變?nèi)荻䴓O管的可變電容特性,并且分析它在一般線(xiàn)路的工作情況;辨識(shí)變?nèi)荻䴓O管的符號(hào);說(shuō)明為何反向偏壓的變?nèi)荻䴓O管會(huì)具有電容性;參與討論電客值如何隨著反向偏壓改變;詮釋變?nèi)荻䴓O管的特性參數(shù)表;定義調(diào)諧比率( tuning ratio);定義質(zhì)量因數(shù)(quality Factor) Q;參與討論變?nèi)荻䴓O管的溫度系數(shù);分析變?nèi)荻䴓O管調(diào)諧帶通濾波器(band-pass filter)。
變?nèi)荻䴓O管是工作在反向偏壓的二極管,其摻雜程度可使達(dá)到耗盡區(qū)最大電容。被反向偏壓擴(kuò)大的耗盡區(qū)具不導(dǎo)電特性,可當(dāng)作電容器的電介質(zhì)。而P和N型區(qū)具有導(dǎo)電性,可視作電容器的極板,如圖3.19所示。
1.基本工作原理
當(dāng)反向偏壓增加,耗盡區(qū)會(huì)變寬,可有效地增加極板之間的距離和電介質(zhì)的厚度,因此降低了電容值。當(dāng)反向偏壓降低,耗盡區(qū)變窄,所以電容值增加。這個(gè)動(dòng)作如圖3. 20(a)和3.20(b)所示。變?nèi)荻䴓O管的電容值(CT)對(duì)反向偏壓的曲線(xiàn)圖,如圖3.20(c)所示。對(duì)這個(gè)元件而言,當(dāng)VR從1V變化到40V,CT從40pF變化到稍大于4pF的電容值。
電容值是由電極面積(A)、介電常數(shù)(e)和電介質(zhì)厚度(d)等參數(shù)所決定,如下式所示: C=Aε/d
在變?nèi)荻䴓O管中,這些電容參數(shù)是由PN結(jié)的摻雜方法、二極管架構(gòu)的大小與幾何形狀所控制。變?nèi)荻䴓O管的電容值通常從幾皮法到幾百皮法。
(1)變?nèi)荻䴓O管的特性參數(shù)表信息
變?nèi)荻䴓O管的特定系列(1N5139-1N5148)的部分特性參數(shù)表,如圖3.22所示。所標(biāo)示的二極管電容值是在反向直流偏壓4V時(shí),所量測(cè)得到的值,此系列的電容值從6.8~47pF。
(2)電容誤差范圍
CT的最小和最大值是根據(jù)10%的誤差來(lái)決定。例如,當(dāng)反向偏壓為4V時(shí),1N5139顯示的電容值介于6.lpF和7.5pF之間。這個(gè)誤差范圍不應(yīng)該跟反向偏壓變化所導(dǎo)致的電容值變化范圍混為一談,反向偏壓決定于調(diào)諧比率,將在下一段落討論。
(3)調(diào)諧比率
變?nèi)荻䴓O管的調(diào)諧比率又稱(chēng)為電客比率( capacitance ratio),它是二極管在最小反向偏壓下的電容值和在最大反向偏壓下電容值的比率。圖3. 22所表示的變?nèi)荻䴓O管,調(diào)諧比率是在為4V的測(cè)量值除以在為60V的測(cè)量值。在這種情況下的調(diào)諧比率可用C4/C60表示。
對(duì)于1N5139,標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)諧比率是2.9。這意味著VR當(dāng)從4V增加到60V時(shí),電容值成2.9倍降低。以下的計(jì)算說(shuō)明如何使用調(diào)諧比率(TR)來(lái)計(jì)算出1N5139的電容值范圍。
從圖3. 22(a)的參數(shù)表中,C4=6.8pF,而標(biāo)準(zhǔn)的TR=C4/C60=2.9。所以, C60=C4/TR=6.8pF/2.9=2.3pF
當(dāng)VR從4V增加到60V,二極管電容從6.8pF變化到2.3pF。
電容值范圍也可以從圖3. 22(b)的圖表計(jì)算出來(lái),它顯示變?nèi)荻䴓O管的電容值如何隨反向電壓從1~60V變化。在圖中,可以看出1N5139的電容值在VR=1V時(shí)大約是10.5pF,在VR=60V時(shí)大約是2.3pF。
變?nèi)荻䴓O管1N51XX系列是突變結(jié)面元件。在P型和N型區(qū)的摻雜程度是均勻地,如此PN結(jié)會(huì)有相對(duì)突然的改變,而不會(huì)和整流二極管一樣的平緩改變。結(jié)面的突然改變決定了調(diào)諧比率。其他種類(lèi)的變客二極管如MV1401是超突變?cè)?hyper-abrupt Device),它的摻雜樣式造成更為突變的結(jié)面。很多超突變的變?nèi)荻䴓O管的調(diào)諧比率可以高達(dá)10到15。
(4)靈敏值
電抗元件的靈敏值( figure of merit)或質(zhì)量因數(shù)(Q,quality factor)是電容器(或電感器)所儲(chǔ)存的能量與釋放并消耗在阻抗的能量比率。1N5139在V。-4V時(shí),有最小的Q值350,這表示二極管電容儲(chǔ)存和釋放的能量比消耗在元件阻抗的能量大350倍。Q值越高越好。圖3. 22(c)是此系列三個(gè)變?nèi)荻䴓O管的圖表,它顯示標(biāo)準(zhǔn)靈敏值會(huì)隨著反向偏壓增加而增加。
(5)溫度系數(shù)
二極管電容具有正溫度系數(shù),所以當(dāng)溫度增加時(shí),CT會(huì)少量地增加。靈敏值具有負(fù)溫度系數(shù),所以當(dāng)溫度增加時(shí)Q值會(huì)降低。
2.應(yīng) 用
變?nèi)荻䴓O管主要應(yīng)用在調(diào)諧電路上。例如,電視的電子調(diào)諧器和其他市售的收音機(jī)都使用變?nèi)荻䴓O管。當(dāng)應(yīng)用于諧振電路時(shí),變?nèi)荻䴓O管就如同可變電容器,可以由可變的電壓幅度調(diào)整諧振頻率,如圖3.23所示,其中的變?nèi)荻䴓O管就可調(diào)出并聯(lián)諧振帶通濾波器中所需電容量的全部變化范圍。
變?nèi)荻䴓O管和電感在輸出端和交流接地之間,形成一個(gè)并聯(lián)的諧振電路。電容器Cl、C2、C3相C4是耦合電容器,用來(lái)消除濾波電路對(duì)直流偏壓電路形成的負(fù)載效應(yīng)。這些電容器對(duì)濾波器的頻率沒(méi)有影響,因?yàn)樗鼈兊碾娍怪翟诠舱耦l率是可忽略的。C1隔離了從分壓器經(jīng)過(guò)電感和RL回饋到交流信號(hào)源的直流路徑。C2隔離了經(jīng)過(guò)電感器從變?nèi)荻䴓O管的陰極到陽(yáng)極的直流路徑。C3隔離了經(jīng)過(guò)電感到輸出負(fù)載的直流路徑。C4隔離了到接地之間的直流路徑。
電阻R2、R3、R4和可變電阻器R4組成用于調(diào)整變?nèi)荻䴓O管偏壓的直流分壓。變?nèi)荻䴓O管兩端的反向偏壓會(huì)隨可變電阻而變化。
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