用变容二极管在调谐电路

这些电视调谐器使用一个变容二极管选择频道

如果你我这一代的一部分,那么你记得兔子耳朵的旧电视机天线和您必须使用的旋钮改变渠道。如今,一切都在电视是数字,但在老电视调谐电路以外的许多应用程序发现漫画看周六上午。重要的电路元件,使这项工作是一个变容二极管。

变容二极管有其他应用程序以外的电视调谐器,从射频振荡器频率合成精度。有了正确的仿真模型和工具,您可以在电路分析信号行为变容二极管在时域和确定最佳调优参数。

变容二极管是什么?

一个变容二极管是一个简单的可变电容器,允许振荡器电路和其他电路很容易通过应用电压调谐。这些二极管也有类似的结构作为pn二极管;变容二极管的结构是相当简单的,说明了它的力量与非线性电抗组件。这些二极管p-n-n +结构,外加电压调节宽度之间的势垒区p和n +。运行时的交流小信号具有较高的直流偏置,它的功能几乎线性组件以最小的信号失真。

变容二极管在反向偏压,在外加电压的耗尽区宽度变化。反向偏置电压增加时,耗尽区宽度也会增加,这降低了电容。下图显示了原理图符号变容二极管和电容方程。

原理图符号变容二极管和电容方程。

指数在分母上γ类似于一个标准的一个理想因素二极管,ɸ二极管的内置电压,C0是二极管电容应用电压为零。这些参数可以很容易地确定从电容的测量与应用反向偏压电压,只要内置电压。这通常是通过使用重对数坐标图,这将是一个线性函数的日志(1 + V /ɸ)。一个示例如下所示的C0 = 1 pF。在这个阴谋,γ将产生的负斜率直线,和日志(C0)是y轴截距。变容二极管的蓝色曲线γ= 1.25,和变容二极管的橙色曲线γ= 1.75。

两个变容二极管电容和电压数据(蓝色:γ= 1.25,橙色:γ= 1.75)。

请注意,变容二极管也有一些寄生串联电阻R,这将最大有用频率上面的方程是适用的。这个频率等于1 /(2πrc0)。

变容二极管的应用

变容二极管的应用程序可以使用的范围取决于直流和交流电压在电路中使用。在一个简单的直流线路,你只需要担心电容输入电压的函数。变容二极管的额定运行数十个V在反向偏压;超过这个值会导致运行高度非线性、变容二极管击穿,或两者兼而有之。

应用程序需要调优的射频电路,电路与变容二极管将使用一个输入交流信号有直流偏置(Vdc)。让我们来看看三种不同应用程序范围的变容二极管的峰电压的交流输入(Vp-p)和直流偏移量。

Vp-p < < Vdc,大伏直流

可调变容二极管的本质使它理想的用于可调谐射频振荡器,过滤器,和阻抗匹配网络(例如,LC振荡回路)当Vp-p < <直流。在这个应用程序中,峰电压应小于避免改变电容的直流偏置的变容二极管太多在振荡。换句话说,变容二极管的电容可以在这些应用程序被视为常数。变容二极管电容的改变通过调整直流偏置。许多商用变容二极管的额定运行数百兆赫,允许他们使用上面提到的三个应用领域。

如果你看电容与电压在线性范围内,您可以确定适当的范围为一个线性操作区域。下面的图显示了两个示例变容二极管电容和电压数据上图所示。

两个变容二极管电容和电压数据在线性范围内(蓝色:γ= 1.25,橙色:γ= 1.75)。

从这个图表,我们可以看到,应该使用较高的直流偏置,这将使电容近常数交流分量震荡。这允许一个电路调谐电容很稳定的。输出可以被传递给一个过滤器或放大器提取所需的信号。

Vp-p ~ Vdc,小到大型直流

在这个范围内,电容是高度非线性直流电压的函数。这个范围通常是用于参量放大和频率合成模拟锁相环。具体来说,变容二极管的非线性阻抗将产生高次谐波,然后传递到输出端口的电路。所需的谐波可以获取高品质因数带通滤波器。

建模优化与变容二极管电路

因为变容二极管非线性组件(即。他们有非线性阻抗),最简单的模拟方法您可以使用它来检查这些组件的行为在时域瞬态分析。注意,pole-zero分析在这些电路是无用的转移函数和波德图只定义了线性电路。因此,你必须看看电路的行为在时域瞬态分析。这将允许您识别稳定,参量放大在射频系统的一个关键方面。一旦你有一些时域数据,您可以使用一个傅里叶变换的数据检查任何高阶谐波电路中生成的内容。

另一个选择是使用小信号分析将非线性电路转换成一个线性电路,直流偏置的操作点。这允许您探索Vp-p < < Vdc,小型直流政权和获得合理准确的结果。然后,您可以检查使用交流和行为在不同的操作点直流扫描。

当你需要建立高度精确调谐电路,你需要使用最好的PCB设计和分析软件。仿真工具PSpice软件模拟器OrCAD和全套的分析工具从节奏非常适合分析与变容二极管电路的行为。您还可以访问制造商的部分搜索工具当你准备源组件系统。

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