二极管势垒电容和扩散电容讲解

2023-06-27 17:15:28 来源:硬件工程师技术干货


(资料图片仅供参考)

二极管电容分为两种:势垒电容和扩散电容。二极管的结电容等于两者之和,在PN结反偏的情况下,势垒电容主导作用。在PN结正偏的情况下,扩散电容主导作用。节电容并不是两个管脚引起杂散电容,是由于PN节的特性产生的。

1、势垒电容

其实这个势垒电容很好理解,我们都知道在PN结半导体中由于扩散的缘故,PN结附近会形成一个空间电荷区,又叫做耗尽区。

当我们给PN结施加反向电压,反向电压形成的外部电场和和内部电场方向相同,N区域自由电子电源拉向电源正极,P区的空穴被电源负极输出的电子填充,内部电场得到加强,漂移运动加强,空间电荷区变宽,如果施加的反向电压是个变化的电压,那么这个空间电荷区会随着电压增加而变宽,随着电压减小而变窄,拿电容来类比,PN结变宽电容两个极板距离拉大电容减小,PN结变窄电容两个极板距离拉近电容增大。这个等效的“电容”就叫做势垒电容。变容二极管就是利用了这个特性,当然变容二极管的PN结接触面积更大,再加上特殊工艺制作,使得变容二极管的势垒电容比普通二极管大的多。如下示意图,白色空穴,蓝色电子。

2、扩散电容

给二极管施加正向电压,正向电压形成的外部电场和内电场方向相反,内部电场受到外部电场“挤压”,削弱了内部电场,促进了自由电子向P区扩散,也就是说自由电子更容易从N区进入P区,进入P区的电子在PN结附近浓度高,远离PN结的浓度低,同样道理进入N区的空穴聚集在PN结附近,如下图所示,浓度都是靠近PN结浓度大,在正向偏置电压不变的情况下,达到一种平衡态,存储了一定量的电荷,如果外部正向偏置是个变化量,那么存储的电荷也是变化量类似于电容的重放电。这种扩散现象等效的电容叫做扩散电容。如下示意图,白色空穴,蓝色电子。

3、二极管手册中的结电容

一般我们在二极管手册中看到的结电容是指的势垒电容,有的厂家标注Vr=0时的结电容,即,在没有外加电压时的结电容,有的厂家标注反向电压Vr为固定值时的结电容,都差不多。如下图所示:

DIODES 1N4007手册:

Philips 1N4148:

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