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1、136 PN结电容效应及应用结电容效应及应用 点接触型点接触型PN结面积小，结电容很小，能在甚高频乃至微波波段完成结面积小，结电容很小，能在甚高频乃至微波波段完成混频或检波混频或检波 面接触型面接触型PN结面积大，极间电容大，可流过的直流或低频电流大，结面积大，极间电容大，可流过的直流或低频电流大，适用频率低适用频率低 PN结电容结电容CJ包括势垒电容包括势垒电容CT和扩散电容和扩散电容CD 电容是一种能储存电荷电容是一种能储存电荷(充电充电)和释放电荷和释放电荷(放电放电)的元件的元件 CJ=CT+CD 1势垒电容势垒电容CT 当反偏电压当反偏电压UD增大增大UD时时 UDPNPN势垒电容示
2、意图势垒电容示意图ISUD+UD+Q-Q相当于对相当于对PN结充电结充电 同理，当同理，当UD减小减小UD时时 PNISUDUD-UD+Q-Q相当于相当于PN结放电结放电 可可见见，势势垒垒电电容容可可等等效效为为一一个个极极板板距距离离随随外外加加电电压压变变化化的的平平行行板板电电容容，极极板板距距离离就就相相当当于于空空间间电电荷区的宽度。荷区的宽度。2 扩散电容扩散电容CD 可可见见，势势垒垒电电容容可可等等效效为为一一个个极极板板距距离离随随外外加加电电压压变变化化的的平平行行板板电电容容，极极板板距距离离就就相相当当于于空空间间电电荷区的宽度。荷区的宽度。QPQN载流子平衡浓度载流
3、子平衡浓度x正偏正偏PN结非平衡少子浓度分布结非平衡少子浓度分布载流子浓度载流子浓度PNUQPQNU+U当当 正正 偏偏 电电 压压 UD增增 大大 到到UD+UD时时 相当于电容的充电相当于电容的充电 当当外外加加正正偏偏电电压压变变化化时时，PN结结外外扩扩散散区区内内累累积积的的非非平平衡衡载载流流子子数数变变化化引引起起的的电电容容效效应，称为扩散电容应，称为扩散电容 扩散电容用符号扩散电容用符号CD表示表示 是是非非平平衡衡载载流流子子的的平平均均寿寿命命，ID是是正正向向电电流流。上上式式说说明明CD与与ID成成正正比比。CD比比CT大大，一一般般CD在在数数十十pF001F范范围
4、围内内。当当反反偏偏时时，ID=-IS，故，故CD=0 3 变容二极管变容二极管 PN结总电容结总电容CJ=CT+CD，称，称CJ为的结电容为的结电容 正正偏偏二二极极管管的的扩扩散散电电容容CD比比势势垒垒电电容容CT大大，CJ以以CD为主为主加反向偏压时，加反向偏压时，CD=0，CJ以以CT为主为主 二极管高频小信号模型二极管高频小信号模型ididCDCTrd一一般般当当信信号号角角频频率率较较低低时时，rd l/（CJ），CD和和CT的的容容抗抗很很大大，相相当当于于开开路路，二二极极管管的小信号模型中只有的小信号模型中只有rd 当频率很高时当频率很高时 如果使二极管如果使二极管反偏反偏
5、，这时，这时CD=0CDrdidCT反反向向电电阻阻rd很很大大，反反偏偏二二极极管管在在高高频时可以当作电容器来使用，频时可以当作电容器来使用，idCTU为为PN结结内内建建电电压压，CT(0)是是反反向向偏偏压压UD0V时时的的势势垒垒电电容容。称称为为变变容容指数指数 变容管的电路符号变容管的电路符号-U+UUDCT(0)CT变容管的压控特性曲线变容管的压控特性曲线变容二极管变容二极管 变容管广泛应用于高频电路变容管广泛应用于高频电路 特殊二极管特殊二极管 1光敏二极管光敏二极管 光敏二极管的符号光敏二极管的符号-4-4-8-8-12-12-50-50I/AAUD/V光电二极管的光电二极管的PN结特性曲线结特性曲线E=400lxE=200lx反向电流与光照度反向电流与光照度E成正比关系成正比关系 2 发光二极管发光二极管 发光二极管的符号发光二极管的符号二极管型光电耦合器二极管型光电耦合器3 激光二极管激光二极管 发光二极管的符号发光二极管的符号