もしかしたらあなたにとって役立つ技術：一般的なトランジスタの容量変化特性（2極・3極管）
生きているものが
アイデア段階から製作、そして測定に至るプロセスを理解するには、この記事を読むにはある程度の電気・電子に関する知識が必要となる。
この記事を読むには数分かかるかもしれませんが、必要な知識を得られるはずです。理論的な公式が多いと、口元が歪むなどの症状が現れる可能性があります。私も理解していますので、この記事は実践的な内容に重点を置いています。
このアイデアは、2019年に思いつきましたが、学業の関係で4年間ほど先延ばしにしてしまいました。ご意見やご指摘があれば、ぜひお聞かせください！
様々な種類の2～3極トランジスタに関する、不定期連載記事。
BH7CNC STUDIO© は、引用可能です。ただし、必ず出典を明記してください。
序文
結局、VCOなどを自分で作る必要がある。[Doge]の場合、可変抵抗二極管を使用する可能性がある。
二極管という生物は、絶対に避けるべきです！ダイオードは、最も初期に開発された半導体デバイスの一つであり、現在でも最も一般的で最も、手頃な価格のそのデバイスの一つであり、私達は周知のように、半導体には一方向に電流を流す性質がある。しかし、本稿では別の特性である「ダイオードコンデンサ」について議論する。PN接合の両端には常に、等価的なコンデンサが存在し、このコンデンサの容量は、二つの端にかかる電圧に依存する。反電圧が高いほど、障壁層が厚くなるため、ダイオードコンデンサの容量は小さくなる… この特性を利用して、可変容量のダイオードが登場した。本稿では、原理的な説明を多く含まず、実践的な技術を中心に解説する。
現在市販されている可変容量ダイオード（以下「可変容量ダイオード」と略称）は、BB112や1SV2638などのものが非常に安価になっているため、1個あたり数円程度で購入できます。ただし、高い整合性が必要な場合は、専用の可変容量ダイオードを購入してください。正直に言うと、市販の可変容量ダイオードは、安価で使いやすいので、何のために？という疑問があります。しかし、一般的なスイッチングダイオードや整流ダイオードを可変容量ダイオードとして使用することも可能です。例えば、TVS、BJT、JFETなどのダイオードの一方の端子や、PN接合、PIN接合などであれば、いずれも可変容量ダイオードとして利用できます（ただし、整合性が重要です）。
そこで問題は、この小さなコンデンサ（数pFから数百pF）をどのように測定するかということになります。一般的に、電橋はこのような測定には適していません。しかし、これらの可変容量コンデンサは、ベース回路、高出力回路、チューニング回路など、さまざまな用途で使用されています。そのため、使用状況を模倣してLC回路を構築することができます！
さらに、インダクタの公差（温度変化や自己インダクタンスの値の変化）が不明であるため、標準的なインダクタを購入するのが良いでしょう。価格を確認したところ（驚愕）、えーと、まずは自分で比較的安定したインダクタを作成し、正確な値を測定するか、誤差を補正する方法を使用する方が現実的でしょうか！？
本実験の計画
LC共振回路を構築し、インダクタンス（L）の変化が非常に小さいかほぼ変化しないと仮定して、NanoVNAで共振周波数（f）を測定し、それからキャパシタンス（C）を逆算します。
f = \frac{1}{2π√(L・C)}
可変コンデンサの両端の逆電圧 Vr (通常は 1V から 10V) を変更することで、さらに可変コンデンサの可変範囲と可変比を決定できます。
いくつかの具体的な質問を提示する
1、インダクタンスについて：インダクタンスをR串LとCの並列として考えると、自身の抵抗RはQ値に影響を与えるが、それほど重要ではない。なぜなら、増幅回路があるからである。ここでは、分布容量Cl'が問題となる。この容量は通常数pF程度だが、インダクタンスを変更しない限り、わずかに精度が高いコンデンサを使用することで、計算によって誤差を補正することができる。空芯インダクタンスには、シールドケースを追加するのが望ましい。ただし、分布容量は大きくなるため、閉磁路インダクタンスを使用して影響を軽減することも可能（磁界リングを使用）。配線はできるだけ太くし、発熱による温度変化（ドリフト）を抑制する（もちろん、エアコンでこのインダクタンスを冷却することも可能だが、好みに応じて選択してください）。
2、キャパシタに関しては、キャパシタはRLCとして扱われますが、ここでは研究用計測器としてではなく、理想的なキャパシタとして扱います。
3、 PCBにおける分布パラメータ：MHzレベル、周波数は低く、コンデンサと同様に、各種配線の分布パラメータは誤差範囲内で計算されており、詳細な検討は行っていません。
4、インピーダンスマッチングについて：測定に使用する場合、観測可能な信号が出れば問題ありません。ここではマッチングは不要ですが、より専門的なアプローチであれば50Ωのインピーダンスに合わせることも可能です。
5、 機器に関する：Nano機にはTCXO（温度補償型水晶発振器）が内蔵されており、個人的な意見としては十分な性能であると思われます。しかし、より高度な機能が必要な場合は、専門のスペクトルアナライザーやベクトルネットワークアナライザーを使用することも可能です。ただし、私はそれほど必要とは思っていません。また、比較的安価な方法として、OCXO（恒温型水晶発振器）を1つ購入し、その出力周波数と自身の発振器を用いて周波数混合を行うこともできます。これで受信機を自作することも可能です！
6、精度について：もし高めたいなら、そうです！コストがかかります。この実験では、誤差をできるだけ小さくすることが重要です。具体的な数値については、人によって意見が分かれるでしょう。例えば、±5%（J級）であれば問題ないかもしれませんし、±20%（M級）でも良いという考え方もあるでしょう。いずれにしても、調整可能な部品は必ず存在するので、変容管の設計には問題ないはずです。
実用的な問題を踏まえた調整
上記を踏まえると、標準部品は高価です。発振回路の構築は手間がかかります。そこで、直接測定の方法を用いることを検討しました。以下にその例を示します。
T1-T2は、Nanoの測定ポートである場合もあれば、ブリッジの測定ポートである場合もあります。いずれにしても、測定を行う部分です。
C1には、10μF（50V X7R）のコンデンサを使用してください。
D1は、測定対象のダイオードです（図中の一般的な4148）。
R1～R2は制限抵抗であり、同時に測定回路と直流バイアスを分離します。
簡単に分析すると、この回路は、C1とD1のコンデンサが直列になっている構造です。一般的に使用されるトランジスタ用コンデンサの容量は200pFを超えないことが多い（これは経験に基づく推測ですが）、ここではトランジスタの最大反転容量を200pFとして計算します。したがって、10μFと200pFを直列にすると、199.996pFとなります。この誤差は、他の誤差と比較して非常に小さいため、コンデンサの容量が小さいほど精度が高くなることがわかります！理論的には正しいことが示されています。それでは、実践に移りましょう！
実践的な製作
まず、必要な準備を整えておく。他のソフトウェアには著作権の問題があるため、エクセルでグラフを作成するのが良いだろう。以下はあくまで例だ。
その後、この図を参考に、各配管の変形特性を紹介していきます。
一般的に、変容コンデンサの測定は1MHzで行われます。周波数が異なるため、測定値が異なるため、ここでは1MHzの周波数で測定しています。Nanoを使用することで、周波数を変更できます。また、S11ポートからも現在の周波数のインピーダンス（等価直列抵抗）を測定できます。これにより、Q値を計算することも可能です。（ただし、この方法は役に立つでしょうか？）
次に、Nanoを使ってS11のポート特性を簡単に確認します。
22pFのコンデンサを接続する：
1000pFのコンデンサを接続する：
予想通りで、治具の板を作成できるようです。
これにより、両方の方法（テープ式と直接接続式）で測定が可能になり、その後、安定化電源のテストを行い、データを記録します。
テストデータ
また、何日も過ぎた。基板の校正済みパラメータを入手した後、実測を行う際には：
まずは、以下の2つのものを簡単にテストリリースしてみます。
続きは後ほど…
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