Многослойный конденсатор в качестве варикапа

Основным назначением схемы на Рисунке 1 является изучение особенностей многослойных керамических конденсаторов X5R, Z5U и Y5V. В то же время, схема может служить недорогим ГУН (генератор, управляемый напряжением), состоящим из небольшого количества компонентов.

Рисунок 1.	Эта простая схема генератора демонстрирует влияние постоянного напряжения смещения на емкость многослойного конденсатора C2.

На рынке представлено множество типов многослойных керамических конденсаторов. Их размеры постоянно уменьшаются из-за недостатка места на печатных платах, а значения емкости увеличиваются из-за стремления заменить более дорогие танталовые элементы. К сожалению, диэлектрики конденсаторов X5R, Z5U и Y5V обладают некоторыми нежелательными свойствами. Их емкость зависит от напряжения. Идея схемы на Рисунке 1 заключается в том, чтобы проверить влияние постоянного напряжения смещения на частоту простого генератора. В результате был сделан низкочастотный ГУН с относительно большим коэффициентом усиления напряжения, которой в большой степени зависит от типа используемого конденсатора.

Рисунок 2.	Частота генератора на Рисунке 1 с многослойным конденсатором Z5U 4.7 мкФ изменялась почти в четыре раза.

Схема представляет собой простой генератор на инверторе с триггером Шмитта. Частота генерации является функцией номиналов элементов R₁, C₁ и C₂. C₂ – это керамический конденсатор, емкость которого зависит от напряжения. С помощью конденсатора C₁ можно изменять частоту независимо от C₂. Чтобы исключить из результатов измерений эффекты, связанные с влиянием напряжения смещения, в качестве C₁ в этой схеме использован стабильный фольговый конденсатор. При необходимости температурный коэффициент емкости можно компенсировать с помощью замены R₁ комбинацией резисторов с отрицательным и положительным температурными коэффициентами и металлопленочного резистора. Для измерений в этой схеме используется простой металлопленочный резистор. Изменение емкости в диапазоне температур от 10 °C до 35 °C обычно составляет менее 10% для конденсаторов Z5U и намного меньше для X5R. На Рисунке 2 показан график измеренной зависимости частоты от напряжения смещения для различных значений емкости C₂. На Рисунке 2 оранжевая кривая представляет многослойный конденсатор 4.7 мкФ, 10 В, Z5U, а фиолетовая – многослойный конденсатор 10 мкФ, 10 В, Z5U. Аналогичный график для двух значений емкости C₁ приведен на Рисунке 3.

Рисунок 3.	На зависимость частоты от напряжения в схеме на Рисунке 1 емкость конденсатора C1 оказывает минимальное влияние.

Мораль этой истории: будьте осторожны при использовании керамических конденсаторов большой емкости в схемах с высоким или меняющимся напряжением смещения; вариации емкости могут сильно влиять на характеристики схемы.

Материалы по теме

1. Datasheet Diodes CD74HC14