或许对你有用的技术 之 各种常见型号二、三极管的变容特性

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活生生变成

从设想到制作再到测量的过程 —— 阅读本文可能需要您具备一定的模电知识

阅读本文可能需要几十分钟，但应该能获得你想要的知识。理论公式多了会导致您出现口眼歪斜的症状，我懂，所以这篇文章是偏向实际应用的。
本人萌生想法是 2019 年，无奈各种学业的关系，鸽了 4 年才出来，欢迎友台批评指正哦！

不定期连载各种型号二、三极管～

BH7CNC STUDIO© 可以转载，请注原出处

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开篇

总要自己做个 VCO 什么的吧 [Doge]，那就有可能用到变容二极管。

二极管这种生物我们都要避开他！！！二极管是最早诞生的半导体器件之一，也是最常见和最！便！宜！的器件之一，我们都知道有单向导电性，但本文讨论的是另外一个特性 —— 结电容。在 PN 结两端总是会等效一个跨接的电容器，此电容与二极管两端的电压有关，当反电压越高，势垒层越厚，结电容就越小…… 利用这个特点，变容二极管就来了。本文不做过多的原理性讲解，以实践技术围绕展开。

虽然现在市面上面的变容二极管（以下简称：变容管）都比较便宜了，像 BB112、1SV2638 等等的都只要几分钱一个了，如果要求一致性好还是请购买专用的变容管！说实话，成品变容管真的好，便宜又好，干什么要折腾呢？！但就是有点抽风要用常见的开关管和整流管来当变容管来用。只要是等效是个二极管就能被折腾，例如 TVS、BJT 的一个结、JFET 的结等等，反正有个 PN 结或者 PIN 都行啊（乐）。

那么问题来了，怎么测量这个小电容呢（几个 pF 到几百 pF），常用的电桥应该是没办法干这个活了，但通常这些变容管被使用在本振、高放、调谐等等地方，那么我们就可以模仿使用情况搭建一个 LC 回路啦！！！等等，我们还不知道电感是否标准（还要考虑温漂和自身分布参数），那我们买一个标准电感就可以啦！！！看看价格后（懵），emm，好吧还是自己先尝试制作一个相对不飘的电感然后测量精确值或者使用消除误差法更加可行？！？！

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本次实验设想

构建一个 LC 振荡器，假定 L 变化很小或几乎不变，用 NanoVNA 测得振荡频率 f 而后反算电容 C，利用
$$f=\frac{1}{2π\sqrt{LC}}$$
改变变容管两端的反向电压 Vr（一般是 1V 到 10V），进一步得到变容管的可变范围和变比。

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提出几个实际问题

1、 关于电感：电感等效是 R 串 L 再并 C，那么自身电阻 R 影响的是 Q 值，没什么大关系，因为有放大器。在这里有害的是分布电容 Cl’，这个电容通常几个 pF，但是测量下我们只要不更换电感那么我们只要有一个精度稍微高一点的电容就可以反算出来，做加减法消除误差即可，空芯电感最好加上屏蔽罩，但分布电容会变大，可以使用闭合磁路电感减小影响（磁环），线尽量粗一点，减小发热导致温漂（当然可以开空调吹这个电感，看你喜欢怎么样来了）。

2、 关于电容：电容等效也是 RLC，但我们这里不是搞科研仪表，当做是理想的电容。

3、 关于 PCB 的分布参数：MHz 级别，频率不高，与电容一样，各种导线的分布参数均计算在误差内，不做深度研究。

4、 关于阻抗匹配：做测量用，有可观测的信号出来就好了，这里做匹配显得无关紧要，但是专业一点还是可以匹配 50 欧的。

5、 关于仪器：Nano 机内有 TCXO（温补晶振），业余来说我认为是够用了的，但是如果想更高级的话可以使用专业的频谱仪或者矢量网络分析仪，但我觉得没必要。还有一个比较丐的方案就是收一块 OCXO（恒温晶振），用 OCXO 输出的基频和自己的振荡器测量输出频率进行混频，呐！到这都可以造收讯机了！

6、 关于精度：想提高？嗯！得加钱！这个实验误差尽量小即可，至于多少，见仁见智吧，或许达到 J 级（±5%）没问题？又或许是 M 级（±20%）呢？可以用就好，用于变容管的设计总有元件是可调的嘛～～～

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考虑实际问题后的调整

综上，标准元器件 —— 贵！搭建振荡电路 —— 麻烦！So，想了想可以用直接测量法，如下图：

T1-T2 可以是 Nano 的测量端口，也可以是电桥的测量端口，反正是测量端；
C1 使用一只 10μF (50V X7R) 电容；
D1 是待测二极管（图中是常见的 4148）；
R1-R2 是限流电阻，同时将测量电路与 DC 偏置隔开。
简单分析一下下：这个电路就是其实 C1 与 D1 的结电容 Cd 呈串联关系，通常用的管子结电容不会大于 200pF 吧（靠经验猜的），这里就当管子最大反向电容量有 200pF，那么 10μF 串联 200pF=199.996pF，可见这个误差远远小于其他误差，结电容更小时反而更精确了！那理论存在！实践开始！

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实践制作

先做好前置工作，由于其他软件有版权问题 hhh，还是用 Excel 制作图表吧，下图只是个示例：

后期将采用这种图表连载各个管子的变容特性啦！
鉴于一般的变容管都是在 1MHz 下测量的，因为频率不同测得电容会不一样，所以在这里我也是采用 1MHz 的频率来测量的，使用 Nano 来测量反正可以改变频率，S11 端口同样可以测得当前频率的 rs（等效串联电阻），这个可以用来算 Q 值（也算有点用？）。
然后就是用 Nano 简单地看 S11 的端口属性了：
接入 22pF 电容：

接入 1000pF 电容：

看样子挺符合预期的，可以画个治具板子了。

这样子贴片和直插都能测了，然后就是上稳压电源测试并记录数据了。

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测试数据

又是过了不知道多少天_{拿到板子校准分布参数以后，实测时：}

下面简单先测试发布两个：


未完待续……