勢壘電容

當加在結(jié)兩端的電壓發(fā)生變化時，一方面使結(jié)勢壘度發(fā)生變化，引起了勢壘區(qū)內(nèi)空間電荷的變化，這相當于對電容的充放電，因為它是勢壘度的變化引起電容量的變化的，所以我們用勢壘電容CT來表示這種作用;另一方面也使注入到p區(qū)的電子和注入到n區(qū)空穴數(shù)目發(fā)生變化，引起p區(qū)和n區(qū)的載流子濃度梯度的變化。為維持電中性條件，多數(shù)載流子也要作相應(yīng)的變化，相當于載流子在擴散區(qū)中的"充"和"放"，就如同電容的充放電一樣。因為它是在擴散去內(nèi)載流自變化引起的.故稱為擴散電容，用CD表示。P-N結(jié)電容包括勢壘電容和擴散電容兩部分:C=CT+CD

當結(jié)兩端的外加電時為負(即n區(qū)為正，p區(qū)接負)時，由于P區(qū)、n區(qū)的少數(shù)載流子很少，負電壓的變化并不引起p區(qū)、n區(qū)中電荷有多大的變化，所以擴散電容很小，相對勢壘電容來講，擴散電容可以忽略。即:

C=CT+CD≈CT

所以，在外加負偏壓的條件下測得的P-n結(jié)電容認為是P-n結(jié)勢壘電容。

在集成電路中，一般利用PN結(jié)的勢壘電容，即讓PN結(jié)反偏，只是改變電壓的大小，而不改變極性。---變?nèi)荻壒堋?/p>

變?nèi)荻O管的工作原理

根據(jù)普通二極管內(nèi)部PN結(jié)結(jié)電容能隨外加反向電壓的變化而變化。

變?nèi)荻壒苡猛?用于自動頻率控制(AFC)和調(diào)諧用的小功率二極管，在無繩電話機中主要用在手機或座機的高頻調(diào)制電流上，實現(xiàn)低頻率信號調(diào)制到高頻信號上，并發(fā)射出去。

變?nèi)荻壒馨l(fā)生故障，主要表現(xiàn)為漏電或性能變差:

1) 發(fā)生漏電現(xiàn)象時，高頻調(diào)制電路將不工作或調(diào)制性能變差。

2) 變?nèi)菪阅茏儾顣r，高頻調(diào)制電路的工作不穩(wěn)定，使調(diào)制后的高頻信號發(fā)送到對方，被對方接收后產(chǎn)生失真。

3) 出現(xiàn)上述情況之一時，就應(yīng)該更換同型號的變?nèi)荻壒堋?/p>

勢壘電容(barrier capacitance)

在積累空間電荷的勢壘區(qū)，當PN結(jié)外加電壓變化時，引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，即耗盡層的電荷量隨外加電壓而增多或減少，這種現(xiàn)象與電容器的充、放電過程相同。耗盡層寬窄變化所等效的電容稱為勢壘電容。

勢壘電容具有非線性，它與結(jié)面積、耗盡層寬度、半導(dǎo)體的介電常數(shù)及外加電壓有關(guān)。

勢壘電容是二極管的兩極間的等效電容組成部分之一，另一部分是擴散電容。

二極管的電容效應(yīng)在交流信號作用下才會表現(xiàn)出來。

勢壘電容在正偏和反偏時均不能忽略。而反向偏置時，由于少數(shù)載流子數(shù)目很少，可忽略擴散電容。

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補充說明:

勢壘電容是p-n結(jié)所具有的一種電容，即是p-n結(jié)空間電荷區(qū)(勢壘區(qū))的電容;由于勢壘區(qū)中存在較強的電場，其中的載流子基本上都被驅(qū)趕出去了--耗盡，則勢壘區(qū)可近似為耗盡層，故勢壘電容往往也稱為耗盡層電容。

耗盡層電容相當于極板間距為p-n結(jié)耗盡層厚度(W)的平板電容，它與外加電壓V有關(guān) (正向電壓升高時，W減薄，電容增大;反向電壓升高時，W增厚，電容減小)。因為dV ≈ W · dE = W·(dQ/ε)，所以耗盡層電容為Cj = dQ/dV = ε/W。對于單邊突變p+-n結(jié)，有Cj = ( qεND / 2Vbi )1/2;對于線性緩變p-n結(jié)，有Cj = (q aε2 / 12Vbi)1/3。勢壘電容是一種與電壓有關(guān)的非線性電容，其電容的大小與p-n結(jié)面積、半導(dǎo)體介電常數(shù)和外加電壓有關(guān)。當在p-n結(jié)正偏時，因有大量的載流子通過勢壘區(qū)，耗盡層近似不再成立，則通常的計算公式也不再適用;這時一般可近似認為:正偏時的勢壘電容等于0偏時的勢壘電容的4倍。不過，實際上p-n結(jié)在較大正偏時所表現(xiàn)出的電容，主要不是勢壘電容，而往往是所謂擴散電容。

值得注意的是，勢壘電容是相應(yīng)于多數(shù)載流子電荷變化的一種電容效應(yīng)，因此勢壘電容不管是在低頻、還是高頻下都將起到很大的作用(與此相反，擴散電容是相應(yīng)于少數(shù)載流子電荷變化的一種電容效應(yīng)，故在高頻下不起作用)。實際上，半導(dǎo)體器件的最高工作頻率往往就決定于勢壘電容。

密勒電容對器件的頻率特性有直接的影響:

在共射(CE)組態(tài)中，集電結(jié)電容勢壘電容正好是密勒電容，故CE組態(tài)的工作頻率較低。而在共基極(CB)組態(tài)中，集電結(jié)和發(fā)射結(jié)的勢壘電容都不是密勒電容，故CB組態(tài)的頻率特性較好，工作頻率高、頻帶寬。因此，把CE與CB組態(tài)結(jié)合起來，即可既提高了增益(CE的作用)，又改善了頻率特性(CB的作用)。對于由CC和CE組態(tài)構(gòu)成的達林頓管，情況與CE組態(tài)相同，故頻率特性較差。而對于CC-CE復(fù)合管，因為去掉了密勒電容，故頻率特性較好。

MOSFET的輸出電容是柵極與漏極之間的覆蓋電容Cdg。在共源組態(tài)中，Cdg正好跨接在輸入端(柵極)與輸出端(漏極)之間，故密勒效應(yīng)使得等效輸入電容增大，導(dǎo)致頻率特性降低。在共柵極組態(tài)中，Cdg不是密勒電容，故頻率特性較好。對于MOSFET的共源-共柵組態(tài)，則既提高了增益(等于兩級增益的乘積，共源組態(tài)起主要作用)，又改善頻率特性(共柵極組態(tài)起主要作用)，從而可實現(xiàn)高增益、高速度和寬頻帶。