变体二极管|构建，工作，特征，应用

介绍

二极管是一个具有两个端子的电子组件，并且允许电流仅在一个方向上流动。在这两个端子中，一个末端连接到P型半导体材料，另一个末端连接到N型半导体。

根据用于构建二极管的物理结构和半导体材料的类型，许多不同的二极管变体是可能的。它们的范围从具有光学特性（如光二极管，LED，激光二极管等）到整流器，齐纳尔和隧道二极管等二极管。

在本文中，我们将研究二极管的一种这种变体 - 变量二极管。

有关不同类型二极管的全面细节，请访问此页面：不同类型的二极管

什么是变体二极管？

变量二极管（也称为名称为Varicap二极管，变量二极管，调谐二极管）是P-N联合二极管，在其端子上的反向偏置电压下，在变化的反向偏置电压下充当可变电容器。

换句话说，它是一个专门设计的半导体二极管，其在P-N半导体连接处的电容随着其末端施加的电压的变化而变化。而且由于它是可以用作变量电容器的二极管，因此简单地称为变量二极管。

它主要用于替换需要机械操作以更改电容值的可变电容器。一个优点是，仅通过更改端子上的电压来更改变量二极管的电容。我们将在以下各节中了解有关其操作的更多信息。

符号表示

许多示意图用于表示电路图中的变量二极管。其中，三个最受欢迎的表示形式如下所示：

在变异二极管的这三个符号中，第二个符号更常用。它是P-N连接二极管和电容器的符号的组合。在符号中，三角形表示二极管分量的存在，三角形的两条线表示电容器的平行板。

建造

变体二极管由P型和N型半导体层组成，将夹杂在一起，N型层连接到MESA（桌状）结构。镀金的钼螺柱通过台面结构连接到N型层，并充当阴极末端。

P型层通过金线连接到另一个镀金的钼螺柱（作为阳极）。除了钼螺柱的某些部分外，整个排列都包含在陶瓷层中。

变体二极管的P型和N型层由硅或芳烃组成，具体取决于其使用的应用类型。对于低频应用，使用硅，用于高频应用，使用了砷耐加仑。

对于常规二极管，P型和N型半导体层均匀地掺有杂质，以提高电导率。但是，在变异二极管的情况下，PN连接附近的杂质浓度非常小，并且随着我们向层的另一个表面移动，它逐渐增加。

在职的

要了解变体二极管的工作原理，您需要首先了解可变电容器的工作原理：

电容器由两个通过非导电介电介质分离的导电表面组成（请参见下图）。当一个表面与正电压连接到另一个表面与负电压连接时，由于正载体和负载体之间的吸引力，正电荷会在一个表面上积聚，另一个表面积聚。

积累的充电量称为电容。如果我们减少两个表面之间的间隙，则正电荷载体和负电荷载体之间的吸引力增加，因此更多电荷会在表面上积聚，即电容增加。

当表面彼此移开时，即电容降低时，则相反。可变电容器具有机械布置，使我们能够改变表面之间的缝隙，从而有效地改变电容。

现在让我们回到P-N连接二极管的工作。二极管的P型层充满正电荷载体和带负电荷载体的N型层。在两层之间的接触表面附近，正电荷和负电荷弥漫着并相互中和。该区域称为耗竭区域。

除非施加外部电压，否则不可能通过耗竭层扩散荷载体。因此，有效地耗尽层充当绝缘体。

耗竭层的宽度取决于P和N型层上施加的电压。如果施加正向偏置电压，即将正电压应用于P型层，并将负电压应用于N型层，则耗竭的宽度降低，并且在一定的电压上完全消失。

如果施加了反向偏置，即，向N型层的正电压和p型层负电压，则耗尽层的宽度会增加。下图说明了两种情况：

简而言之，只需通过调整P＆N型半导体层的电压，就可以将耗竭区域的宽度更改为所需值。因此，到目前为止，您必须观察到电容器和反向偏置的二极管之间的相似性。二极管中的耗竭层类似于电容器中的介电介质，该电容器充当绝缘体，并防止电荷载体从一侧到另一侧的流动。

因此，当在二极管上施加反向偏置电压时，各自的荷载体会积聚在耗尽层的两侧。这使二极管获得了一定的电容，并且被称为连接电容。

变量二极管的设计专门设计，以增强在应用反向偏置时存储载体的能力，从而使其充当电容器。

连接电容与耗尽层的宽度成反比，即如果耗尽层的宽度较小，电容将更多，反之亦然。因此，如果我们需要增加变量二极管的电容，则应降低反向偏置电压。它导致耗竭层的宽度减小，从而导致更高的电容。同样，增加反向偏置电压应降低电容。

与普通变量电容器相比，仅通过更改应用的电压来获得不同电容值的能力是变量二极管的最大优势。

特征

下图说明了变体二极管的反向偏置电压p型和n型层之间的关系，与连接电容的大小之间的关系。

您可以观察到变体二极管的连接电容与反向偏置电压成反比。同样，由于将杂质的方式添加到P型和N型层的差异，因此变体二极管的电容始终高于常规二极管的电容。

在零偏置条件下计算了变量二极管的确切的变量二极管连接电容的幅度（C_j），正向偏置电压（完全去除耗竭层所需的电压，V_b）和实际的反向偏置电压（v_r）在整个连接点上应用。它由公式给出：

C_j= c₀（1 + V_r/v_b）^-n

“ N”是一个常数，并且取决于P和N型层的掺杂方式。它的值位于（0.5 - 0.33）之间。反向偏置电压的值（V_r）应低于故障电压，在该电压上值C的值C_j由于耗尽区域的分解以及孔和电子的自由流量，等于零。

等效电路

为了设计使用变体二极管属性的电路，我们首先需要分解其电气性能，并用基本组件像电阻器，电容器和电感器一样。下图显示了在反向偏置条件下操作时变量二极管的近似等效电路。

r_r是反向偏置电阻和r_G是变体二极管的几何阻力。C_j是连接电容，取决于反向偏置电压。l_F是有效的电感，这取决于应操作变量二极管的频率限制。

申请

由于具有不同电压的不同电容的特殊特性，变体二极管主要用于频率调制或调谐电路，其中电容的值决定了输出调制频率。其他一些应用程序包括：

• 自动频率控制器（AFCS）
• 超高频电视机
• 高频收音机
• 频率乘数
• 带通滤波器
• 谐波发生器