变容二极管

在电子学中，变容二极管、变容二极管、可变电容二极管、可变电抗二极管或调谐二极管是一种旨在利用反向偏置p-n结的电压相关电容的二极管。

变容二极管用作压控电容器。它们通常用于压控振荡器、参量放大器和倍频器。压控振荡器有许多应用，例如调频发射机的频率调制和锁相环。锁相环用于调谐许多收音机、电视机和蜂窝电话的频率合成器。压敏电阻由RamoWooldridgeCorporation的PacificSemiconductor子公司开发，该子公司于1961年6月获得了该设备的专利。该设备名称也于1967年10月由PacificSemiconductors的继任者TRWSemiconductors注册为Varicap。这有助于解释设备投入使用时的不同名称。

变容二极管在反向偏置状态下工作，因此没有直流电流流过器件。反向偏置量控制耗尽区的厚度，因此控制变容二极管的结电容。电容变化特性取决于掺杂分布。通常，对于突变的结轮廓，耗尽区厚度与施加电压的平方根成正比，而电容与耗尽区厚度成反比。因此，电容与施加电压的平方根成反比。对于超突变结轮廓电容变化更非线性，但超突变变容电容具有较大的电容变化并且可以在较低电压下工作。所有二极管都表现出这种可变结电容，但制造变容二极管是为了利用这种效应并增加电容变化。该图显示了具有由ap-n结形成的耗尽层的变容二极管的横截面示例。该耗尽层也可以由MOS或肖特基二极管制成。这在CMOS和MMIC技术中很重要。

在某些应用中，例如谐波倍增，将大信号幅度的交流电压施加到变容二极管上，以故意以信号速率改变电容，从而产生更高的谐波，通过滤波提取谐波。如果通过变容二极管驱动施加足够幅度的正弦波电流，则产生的电压将峰化为更三角形的形状，并产生奇次谐波。这是一种早期用于产生中等功率微波频率的方法，在1-5瓦时为1-2GHz，在开发出足够的晶体管以在此更高频率下工作之前，从3-400MHz频率下的大约20瓦开始。这种技术仍然用于产生更高的频率，在100GHz–1THz范围内，即使是最快的GaAs晶体管仍然不够用。

所有半导体结器件都表现出这种效应，因此它们可以用作变容二极管，但它们的特性不会受到控制，并且批次之间可能会有很大差异。流行的临时变容二极管包括LED、1N400X系列整流二极管、肖特基整流器和各种晶体管，尤其是2N2222和BC547。只要交流振幅保持较小，反向偏置晶体管的发射极-基极结也非常有效。在雪崩过程开始进行之前，xxx反向偏置电压通常在5到7伏之间。具有更大结面积的更高电流器件往往具有更高的电容。飞利浦BA102变容二极管和常见的齐纳二极管1N5408在结电容方面表现出类似的变化，除了BA102具有与结电容相关的一组特定特性（而1N5408没有）和Q1N5408比较少。在开发变容二极管之前，电机驱动的可变电容器或饱和铁芯电抗器被用作VCO和二战德国频谱分析仪等设备的滤波器中的电控电抗。