擴散電容

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更新時間: 2013-08-07

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擴散電容,是二極體結電容的組成部分之一,在交流信號作用下才會表現出來,它是p-n結在正偏時所表現出的一種微分電容效應。

  擴散電容
  擴散電容:對於正偏pn結,當外加偏壓增大時,注入n區的空穴增加,在n區的空穴擴散區內形成空穴積累,為保持電中性條件,擴散區內電子濃度也相應增加。電子注入p區情形類似,這種擴散區中電荷隨外加偏壓變化而變化所產生的電荷存儲效應等效為電容,稱擴散電容。
  為了形成正向電流(擴散電流),注入P 區的電子在P 區有濃度差,越靠近PN結濃度越大,即在P 區有電子的積累。同理,在N區有空穴的積累。
  擴散電容是二極體結電容的組成部分之一,另一部分是勢壘電容
  二極體的電容效應在交流信號作用下才會表現出來。
  反向偏置時,由於少數載流子數目很少,可忽略擴散電容。而勢壘電容在正偏和反偏時均不能忽略。
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  補充說明:
  擴散電容(Diffusion capacitance)是p-n結在正偏時所表現出的一種微分電容效應。
  pn結擴散電容是來自於非平衡載少數流子在pn結兩邊的中性區內的電荷存儲所造成的電容效應(因為在中性擴散區內存儲有等量的非平衡電子和非平衡空穴的電荷,它們的數量受到結電壓控制)。這種由於注入載流子存儲電荷隨著電 壓變化所產生的擴散電容將隨正向電壓而按指數式增大;擴散電容也與直流偏壓有關(也是一種非線性電容),也將隨著直流偏壓的增大而指數式增大,故擴散電容在正向偏壓下比較大。
  另外,由於pn結擴散電容與少數載流子的積累有關,而少數載流子的產生與複合都需要一個時間(稱為壽命τ)過程,所以擴散電容在高頻下基本上不起作用。這就是說,擴散電容還與外加結電壓的信號頻率ω有關,並從而常常用乘積(ωτ)的大小來劃分器件工作頻率的高低 :在低頻(ωτ<<1, ωτ<<1)、即[外加信號的變化周期]>>[存儲電荷再分佈的時間]時,少數載流子存儲電荷的變化跟得上外加信號的變化, 則擴散電容較大;在高頻 (ωτ >>1, ωτ>>1)、即存儲電荷跟不上外加信號的變化時, 擴散電容很小(隨著(ωτ)1/2下降),故擴散電容在低頻下很重要。
  因為pn結的開關速度主要決定於在兩邊中性區內存儲的少數載流子,所以,從本質上來說,也就是擴散電容對開關速度的影響。
  總之,pn結的擴散電容與其勢壘電容不同。前者是少數載流子引起的電容,對於pn結的開關速度有很大影響,在正偏下起很大作用、在反偏下可以忽略,在低頻時很重要、在高頻時可以忽略;後者是多數載流子引起的電容,在反偏和正偏時都起作用,並且在低頻和高頻下都很重要。

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