上期內容,我們主要舉例說明了,二極管的反向恢復時間并不等于規(guī)格書中結電容的充放電時間。這個結論是從二極管的規(guī)格書參數(shù)中直接得來的,并沒有正面說明為啥。
下面就來正面剛…
結電容
先說結電容。
二極管是兩個管腳的器件,說來不怕丟人,我曾誤以為:二極管的結電容就是它的兩個管腳形成的寄生電容,因為兩個極板放到一起,就構成了一個電容。
當然了,兩個管腳確實會形成電容,不過這個電容很小,相比結電容來說,可以忽略不計了。
那結電容到底指的是什么呢?所有的道理,其實都在PN結里面恢復二極管,我們稍稍深入了解下PN結,答案就出來了。
結電容有兩種,分別是勢壘電容和擴散電容。
勢壘電容
我們知道,P區(qū)空穴多,N區(qū)電子多,因為擴散,會在中間形成內建電場區(qū)。N區(qū)那邊失去電子帶正電荷,P區(qū)那邊得到電子帶負電荷。
當給PN結加上穩(wěn)定的電壓,那么穩(wěn)定后,內建電場區(qū)的厚度也會穩(wěn)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(qū)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。
這樣一看,不就和電容充放電現(xiàn)象一樣嗎?
PN結兩端電壓變化,引起積累在中間區(qū)域的電荷數(shù)量的改變,從而呈現(xiàn)電容效應,這個電容就是勢壘電容。
上面是對結電容的理解,那么這個結電容大小等于多少呢?如下圖
我們知道,勢壘寬度恢復二極管,也就是內建電場區(qū)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。
所以,當你隨意翻開某二極管的規(guī)格書,你看到的結電容參數(shù),它會指定測試條件。通常這個條件是1MHz,電壓為-4V(反偏)。
事實表明,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。下面看看擴散電容。
擴散電容
相比與勢壘電容,擴散電容要更難以理解。
我先擺出文字定義
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(qū)內,都有一定的少數(shù)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。
下面看看這一段話怎么理解。
當PN結加上正向電壓,內部電場區(qū)被削弱,因為濃度差異,P區(qū)空穴向N區(qū)擴散,N區(qū)的電子向P區(qū)擴散。
擴散的空穴和電子在內部電場區(qū)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(qū),空穴進入N區(qū),電子進入P區(qū)。
進入N區(qū)的空穴,并不是立馬和N區(qū)的多子-電子復合消失,而是在一定的距離內,一部分繼續(xù)擴散,一部分與N區(qū)的電子復合消失。
顯然,N區(qū)中靠近內部電場區(qū)處的空穴濃度是最高的,距離N區(qū)越遠,濃度越低,因為空穴不斷復合消失。同理,P區(qū)也是一樣,濃度隨著遠離內部電場區(qū)而逐漸降低??傮w濃度分布如下圖所示。
當外部電壓穩(wěn)定不變的時候,最終P區(qū)中的電子,N區(qū)中的空穴濃度也是穩(wěn)定的。也就是說,P區(qū)中存儲了數(shù)量一定的電子,N區(qū)中存儲了數(shù)量一定的空穴。如果外部電壓不變,存儲的電子和空穴數(shù)量就不會發(fā)生變化,也就是說穩(wěn)定存儲了一定的電荷。
但是,如果電壓發(fā)生變化,比如正向電壓降低,電流減小,單位時間內涌入N區(qū)中的空穴也會減小,這樣N區(qū)中空穴濃度必然會降低。同理,P區(qū)中電子濃度也降低。所以,穩(wěn)定后,存儲的電子和空穴的數(shù)量想比之前會更少,也就是說存儲的電荷就變少了。
這不就是一個電容嗎?電壓變化,存儲的電荷量也發(fā)生了變化,跟電容的表現(xiàn)一模一樣,這電容就是擴散電容了。
那這個電容大小是多少呢?
擴散電容隨正向偏壓按指數(shù)規(guī)律增加。這也是擴散電容在大的正向偏壓下起主要作用的原因。
如上圖,二極管的電流也與正向偏壓按指數(shù)規(guī)律增加,所以,擴散電容的大小與電流的大小差不多是正比的關系。
問題困擾
關于擴散電容,曾經(jīng)有一個問題困擾了我:為什么是少數(shù)載流子的積累呈現(xiàn)電容效應?多子不行嗎?
下一篇:全彩led顯示屏哪家好 哪家公司做LED顯示屏質量好?