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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 varicaps 사용의 특징. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 라디오 아마추어 디자이너 가변 용량의 전압 제어 반도체 커패시터(배리캡)는 비선형성이 매우 뚜렷한 장치입니다. 이러한 이유로 상대적으로 큰 진폭의 교류 전압이 배리캡에 인가되는 회로에서는 놀라움을 선사할 수 있습니다. 기본적으로 바리캡은 역방향 바이어스 반도체 다이오드입니다. 다이오드의 주요 목적(정류, 감지)에 기본이 되는 전류-전압 특성의 직접적인 분기는 바리캡의 경우 중요하지 않습니다. 일반적인 경우 바이폴라 트랜지스터의 다이오드와 콜렉터 또는 접합 접합까지 바리캡으로 사용할 수 있습니다(실제로는 종종 구현됩니다). 반도체 다이오드와 달리 배리캡의 경우 특정 바이어스 전압에서 pn 접합의 커패시턴스와 품질 계수가 표준화됩니다(물론 생산 중에 제공됩니다). 루프 코일의 품질 계수보다 눈에 띄게 높은 바리캡 품질 계수를 달성하는 것은 쉽지 않습니다. 이는 모든 다이오드와 마찬가지로 배리캡에서도 반도체의 베이스 영역의 저항이 항상 pn 접합과 직렬로 연결되고 병렬로 이를 통한 역전류로 인해 등가 저항이 존재한다는 사실로 설명됩니다. 접합. 바리캡의 품질 계수가 상대적으로 낮다는 것은 특히 진동 회로의 품질 계수를 계산할 때 이를 고려해야 함을 의미합니다. 적용된 역전압에 대한 p-n 접합 커패시턴스의 의존성은 C-Un 형식의 거듭제곱 특성을 가지며, 여기서 매개변수 n의 값은 0,33 ~ 0,5 범위일 수 있습니다(접합 제조 기술에 따라 결정됨). 그림에서. 그림 1은 D902 바리캡의 일반적인 정전용량-전압 특성을 선형 좌표로 표시한 것입니다. 참고 문헌에서도 유사한 특성을 찾을 수 있습니다. 이를 통해 다양한 바이어스 전압 값에서 바리캡의 커패시턴스를 결정할 수 있습니다.
그러나 "이중"(즉, 두 축 모두) 로그 눈금으로 표시된 바리캡의 정전 용량-전압 특성을 처리하는 것이 바람직합니다. 이 눈금에서 거듭제곱 함수는 직선처럼 보이고 세로축에 대한 기울기 각도의 접선은 수치적으로 함수의 지수와 동일하다는 것이 알려져 있습니다. 그림에서. 그림 2는 D902 바리캡에 대한 그래프를 보여줍니다. 일반 자로 직각삼각형 ABC의 변을 측정하면 지수 모듈(AB/BC)에 대해 0,5 값을 얻습니다. 특성의 하락 특성은 이 지표에 음의 부호가 있음을 나타냅니다. 따라서 인가 전압에 대한 바리캡 D902의 커패시턴스 의존성은 C = U-0.5의 형태를 갖습니다.
위의 내용은 "클래식" 배리캡에 적용됩니다. 최신 배리캡의 제어 효율성을 높이기 위해 제조 과정에서 특별한 기술적 조치가 취해지므로 커패시턴스-전압 특성이 더 이상 단순한 형태를 가질 수 없습니다. 바리캡의 정전용량-전압 특성은 비선형적이므로 장비에 사용하면 필연적으로 왜곡이 발생합니다. 독일 무선 아마추어 Ulrich Graf(DK4SX)는 반도체 다이오드를 포함하는 다양한 대역 통과 필터에서 1996차 및 3차 상호 변조 왜곡을 측정했습니다(Ulrich Graf. Intermodulation an Passn Schaltungsteilen. - CQ DL, 200, No. 205, s. 50- 3). 그는 필터 입력(입력 저항 10Ω)에 +50dB(XNUMXΩ 저항에서 XNUMXmV) 레벨의 두 신호를 적용하고 출력 신호의 스펙트럼을 분석했습니다. 그래프는 상호 변조 곱이 필터 통과 대역 내에 들어가도록 입력 신호의 주파수 값을 선택했습니다. 이중 회로 입력 대역통과 필터의 실험 중 하나에서는 발진 회로에 포함된 고정 커패시터를 바리캡으로 교체했습니다. 필터 출력의 10차 상호변조 구성요소 레벨은 50dB 증가했고, XNUMX차 상호변조 구성요소는 거의 XNUMXdB 증가했습니다. 즉, 수신기 입력 회로의 배리캡은 실제 선택성을 악화시킬 수 있지만, 상대적으로 고급 장비(통신 장비)에서만 이러한 방식으로 "작동"할 가능성이 높습니다. 그러나 중급 수신기에서도 수신기가 전송 장치 가까이에서 작동되면 입력 배리캡에서의 상호 변조가 중요해질 수 있습니다. 그러나 원칙적으로 상대적으로 큰 교류 전압이 바리캡에 공급되어야 하는 노드가 있습니다. 우리는 발전기에 대해 이야기하고 있습니다. 그림에서. 그림 3은 바리캡을 발전기의 발진회로에 연결하기 위해 널리 사용되는 회로를 보여주고, 그림 4은 발전기의 발진회로에 널리 사용되는 회로를 보여준다. 1 - 제어 전압(Uynp)의 두 값에서 바리캡의 커패시턴스-전압(C) 및 전류-전압(I) 특성과 바리캡 양단의 순간 전압(Ur). 그래프의 명확성을 위해 2 오른쪽의 "U" 축과 XNUMX 아래의 "I; C" 축을 따라 눈금이 확대되었습니다. 교류전압(Ur)의 진폭에 비해 제어전압(UynpXNUMX)이 높으면 배리캡은 정상적으로 동작합니다. 그러나 제어 전압(UcontrolXNUMX)이 감소함에 따라 전압의 음의 반파 피크에서 바리캡의 작동 점이 전류-전압 특성의 직접적인 분기에 접근하고 시작되는 순간이 올 수 있습니다. 인가된 교류 전압을 정류합니다.
발전기에서 바리캡의 정상 작동 영역의 경계를 어떻게 결정합니까? 예를 들어, 바리캡의 교류 전압을 측정하고 이를 제어 장치와 비교할 수 있습니다. 이렇게 하려면 입력 임피던스가 높고 입력 커패시턴스가 낮은(연결이 발생기의 작동 모드를 변경하지 않도록) RF 전압계가 필요합니다. 배리캡의 최소 허용 제어 전압은 발전기의 작동 모드를 방해하지 않고 주파수 측정기를 사용하여 결정할 수 있습니다. 이는 발전기 출력에 연결되며 제어 전압에 대한 발전기 제어 기울기의 의존성이 제거됩니다. 제어 기울기는 발전기의 주파수 변화와 이를 유발한 제어 전압의 주어진 변화(ΔF/ΔU)의 비율입니다. 바리캡이 회로에 완전히 포함된 경우 상호 컨덕턴스는 예를 들어 전력 함수(적어도 D902의 경우)로 설명할 수 있으며, 그 표시는 바리캡의 커패시턴스-전압 특성 유형에 따라 달라집니다. 그러한 함수가 "이중" 로그 눈금으로 표시되면 직선을 나타냄을 기억하십시오(위 참조). 바리캡이 정상 작동 모드를 벗어나기 시작하면 제어 전압에 대한 기울기 의존성의 특성이 변경됩니다. 이는 바리캡이 회로에 완전히 포함되지 않거나 커패시턴스-전압 특성이 전력 함수가 아닌 보다 일반적인 경우에도 마찬가지입니다. 정전 용량-전압 특성은 비선형이므로 특정 순서로 측정을 수행해야 합니다. 특정 제어 전압 Uynp를 설정하면 발전기 주파수 Fr이 결정됩니다. 그런 다음 이 전압은 먼저 Uypr - ΔUynp로 감소한 다음 Uynp + ΔUynp로 증가하고 해당 주파수 값 Fr1 및 Fr2가 주파수 측정기 디스플레이에서 읽혀집니다. 제어 전압 Uypr에서의 제어 기울기는 ΔF/ΔU = (Fr2-Fr1)/2ΔUynp 공식을 사용하여 계산됩니다. 전압 변화 ΔUyпp의 절대값은 최소화되어야 하지만 발전기 주파수의 변화를 안정적으로 기록할 수 있습니다. 그런 다음 제어 전압 Ucontrol의 다른 값을 설정하고 측정을 반복하십시오. 이 기술은 제어 기울기 측정의 정확도에 대한 바리캡의 정전용량-전압 특성의 비선형성 영향을 줄입니다. 회로에 바리캡을 완전히 포함시킨 발전기 주파수 제어의 기울기를 측정한 결과(그림 3 참조)가 그림 5에 나와 있습니다. 3,5. 바리캡의 제어전압이 XNUMXV 이하가 되면 정상모드를 벗어나는 것을 볼 수 있다. 즉, 지정된 발전기의 경우 이 전압이 중요합니다.
제어 전압이 더 감소하면 곡선의 기울기가 완전히 바뀔 수 있습니다! 이는 이미 언급한 바리캡에 적용된 고주파 전압의 정류로 인해 발생합니다. 정류된 전압은 제어 전압에서 차감되어 제어 전압을 지배하기 시작합니다. 예를 들어 수신기의 로컬 발진기에서 설명된 상황이 발생하면 놀랄 것입니다. 상상해 보십시오. "설정" 가변 저항 손잡이를 같은 방향으로 돌리면 수신 주파수가 먼저 한 방향으로 변경된 다음 실질적으로 변경을 멈추고 다시 돌아갈 수 있습니다. 저자: B.Stepanov, 모스크바
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