pn結電容
一塊半導體晶體一側摻雜成P型半導體,另一側摻雜成N型半導體,中間二者相連的接觸面稱為PN結(英語:pn junction)。PN結是電子技術中許多元件,例如半導體二極管、雙極性晶體管的物質基礎。PN結電容分為兩部分,勢壘電容和擴散電容。
勢壘電容
我們知道,P區空穴多,N區電子多,因為擴散,會在中間形成內建電場區。N區那邊失去電子帶正電荷,P區那邊得到電子帶負電荷。
當給PN結加上穩定的電壓,那么穩定后,內建電場區的厚度也會穩定為一個值,也就是說內部電荷一定。如果PN結上的電壓向反偏的方向增大,那么內建電場區厚度也增加,即內部電荷增多。反之,如果電壓減小,那么內部電荷減少。
PN結兩端電壓變化,引起積累在中間區域的電荷數量的改變,從而呈現電容效應,這個電容就是勢壘電容。
勢壘寬度,也就是內建電場區的寬度,是與電壓相關的。所以說,不同的電壓下,勢壘電容的大小也是不同的。
二極管在反偏時,勢壘電容起主要作用,而正偏時,擴散電容起主要作用。
擴散電容
當有外加正向偏壓時,在 p-n 結兩側的少子擴散區內,都有一定的少數載流子的積累,而且它們的密度隨電壓而變化,形成一個附加的電容效應,稱為擴散電容。
當PN結加上正向電壓,內部電場區被削弱,因為濃度差異,P區空穴向N區擴散,N區的電子向P區擴散。
擴散的空穴和電子在內部電場區相遇,會有部分空穴和電子復合而消失,也有部分沒有消失。沒有復合的空穴和電子穿過內部電場區,空穴進入N區,電子進入P區。
進入N區的空穴,并不是立馬和N區的多子-電子復合消失,而是在一定的距離內,一部分繼續擴散,一部分與N區的電子復合消失。
顯然,N區中靠近內部電場區處的空穴濃度是最高的,距離N區越遠,濃度越低,因為空穴不斷復合消失。同理,P區也是一樣,濃度隨著遠離內部電場區而逐漸降低。
當外部電壓穩定不變的時候,最終P區中的電子,N區中的空穴濃度也是穩定的。也就是說,P區中存儲了數量一定的電子,N區中存儲了數量一定的空穴。如果外部電壓不變,存儲的電子和空穴數量就不會發生變化,也就是說穩定存儲了一定的電荷。
但是,如果電壓發生變化,比如正向電壓降低,電流減小,單位時間內涌入N區中的空穴也會減小,這樣N區中空穴濃度必然會降低。同理,P區中電子濃度也降低。所以,穩定后,存儲的電子和空穴的數量想比之前會更少,也就是說存儲的電荷就變少了。
電壓變化,存儲的電荷量也發生了變化,跟電容的表現一模一樣,這電容就是擴散電容了。
勢壘電容與擴散電容區別
聯系:兩者都具有電容效應
區別:勢壘電容是由于空間電荷區的寬窄變化來產生的,而正偏的時候空間電荷區很窄,勢壘電容很小,近似可以忽略,即勢壘電容主要產生在pn結反偏時期;擴散電容是靠非平衡少子的擴散運動形成的濃度梯度產生的,反偏時主要是平衡少子在運動,耗盡層的寬度很寬,內建電場限制著非平衡少子的擴散運動,基本可以忽略,因此擴散運動主要產生在pn接正偏時期。
mos結電容
是半導體,就有PN結,有PN結,就有結電容。
盡管結電容的容量非常小,對電路穩定性的影響卻是不容忽視的,處理不當往往會引起高頻自激振蕩。更為不利的是,柵控器件的驅動本來只需要一個控制電壓而不需要控制功率,但是工作頻率比較高的時候,結電容的存在會消耗可觀的驅動功率,頻率越高,消耗的功率越大。
這也就是我們通常認為,MOSFET的GS兩極之間是一個高阻值的電阻,但是在設計開關電源的時候,我們通常需要加粗Gate極的PCB走線。保障在開關的過程中,驅動MOSFET的瞬間電流比較大,有足夠的通流能力。這正是因為極間等效電容的存在。
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