结的电容效应

PN结的空间电荷区是积累空间电荷的区域，当PN结两端外加电压改变时，就会引起积累在PN结的空间电荷的改变，从而呈现出PN结的电容效应。根据其产生原因不同可把PN结的电容效应分为势垒电容和扩散电容。

1.势垒电容

PN结的宽度会随着外加电压的变化而变化，即耗尽层的电荷量会随着外加电压的变化而增加或减少，这种现象与电容的充放电过程相同。耗尽层宽窄变化所等效的电容就称为势垒电容，用表示。势垒电容的大小与结面积、耗尽层宽度、半导体的介电常数和外加电压有关。当PN结外加反向电压时，势垒电容将随外加电压的变化而发生明显的变化。反向电压增加，会使空间电荷区宽度变宽而使势垒电容减小；外加正向电压时，会使空间电荷区宽度变窄而使势垒电容增大。从电路上分析，势垒电容和结电阻是并联的。因此，由于反向偏置时结电阻很大，尽管势垒电容很小，它的作用仍是不能忽视的，尤其是工作在高频条件下时。正向偏置时由于结电阻很小，因此尽管势垒电容较大，但其作用仍然比较小。

设W为空间电荷区宽度，图1.2.6所示为空间电荷区内电荷量将随外加电压的变化而变化。

势垒电容与外加电压的关系如图1.2.7所示。

2.扩散电容

当外加正向电压一定时，靠近耗尽层交界面处的载流子浓度高，远离交界面处的载流子浓度低，因此载流子浓度自高向低衰减，形成一定的浓度差，从而形成扩散电流。当外部正向电压增大，载流子浓度增大，浓度差也增大，则扩散电流增大；而当外部正向电压减小，载流子浓度及浓度差减小，扩散电流也随之减小。而扩散电流的变化对应着电荷的变化，电荷的积累和释放与电容器的充放电过程相同，这种电容效应称为扩散电容，用Cd表示。当PN结正向偏置时，扩散电容较大；当PN结反向偏置时，载流子数目很少，因此此时扩散电容的数值也很小，一般可忽略。

图1.2.5　PN结的反向击穿

图1.2.6　空间电荷区内电荷量随外加电压而变化

图1.2.7　势垒电容Cb与外加电压的关系

PN结的结电容用Cj表示，结电容是Cb和Cd之和。PN结面积小的结电容一般都很小，因此对低频信号呈现出很大的容抗，其影响可忽略不计，但在高频信号作用下就应考虑结电容的作用。