二极管扩散电容和势垒电容（可下载）

1695866 2025-04-24 | pdf | 2.00 MB | 次下载 | 免费

资料介绍

二极管的结电容分两种：势垒电容和扩散电容。而一般数据手册给到的结电容参数，通常指的是势垒电容

上面这个是 ES1J 超快恢复二极管数据手册的结电容参数 Cj=8pF。同时我们知道，对于常用的二极管来说，它有普通整流二极管、快恢复二极管、超快恢复二极管、肖特基二极管等。那么什么是二极管的反向恢复时间呢？它和结电容之间有什么关系呢？下面列举常用二极管的反向恢复时间：

普通二极管：反向恢复时间一般 >500ns 以上；

快恢复二极管：反向恢复时间一般在 150ns-500ns 之间；

超快恢复二极管：反向恢复时间一般在 15ns-35ns 之间；

肖特基二极管：反向恢复时间一般<10ns，也有个别在 20ns 这个量级

我们一般都认为，二极管的反向恢复时间和它的结电容有关。结电容越大，反向恢复时间越长；结电容越小，反向恢复时间越短。也有人常说的快管和慢管。我们把这几种具有代表性的二极管结电容参数放在一起进行对比看看是否如上所述：

根据上面列的数据可以看出来，反向恢复时间并不和数据手册表示的结电容参数有关。那么，我们研究一下，这里的结电容和反向恢复时间到底指的是什么呢？正如一开始所讲的，二极管的结电容分为 2 种：势垒电容和扩散电容。下面就从这个角度出发，深入挖掘一下，从本质上理解它们的含义

势垒电容

我们知道，P 区空穴多，N 区电子多，因为扩散，会在中间形成内建电场区。 N 区那边失去电子带正电荷，P 区那边得到电子带负电荷

当给 PN 结加上反向电压，内电场区的厚度随着反向电压的大小而改变。如果反向电压增大，那么内电场区厚度也增加，即内部电荷增多。反之，如果反向电压减小，那么内部电荷减少

如果把 PN 结等效为右边的势垒电容这幅图的话，就相当于电容的充放电。 PN 结两端电压变化，引起积累在中间区域的电荷数量的改变，从而呈现电容效应，这个电容就是势垒电容。势垒电容的大小和外加反向电压有关，所以，不同反向电压下，势垒电容的大小也是不同的

我们还是以 ES1J 数据手册里面的结电容 Cj 为例，厂家给了测试条件：VR=4V， f=1MHz。这里 VR 指的是反向电压，R 指的是 Reverse 反向的意思。所以，二极管数据手册里面的结电容指的是势垒电容。那么，也就是势垒电容的大小和反向恢复时间没有直接联系

这里再插入讲一下，对于势垒电容和扩散电容，确实不是很容易从直觉上理解，我们可以根据下面所讲的，从直观上这么来理解：

如果加反向电压的话，源的正极相当于把 N 区的电子吸过来；源的负极相当于把 P 区的空穴吸过去。它们各自的运动是背离的。这样，中间就构成了一个空间电荷区。为什么说是电荷区呢？因为当 N 区的电子被吸走后，它就带正电荷；P 区的空穴被吸走后，它就带负电荷。所以，左边的正电荷和右边的负电荷构成了内电场。如果外加的反向电压越高，各自被吸走的电子和空穴也就越多，那么正负电荷也就越多，内电场也就越强。体现在中间的 PN 结，就是反向电压越高，厚度更宽。建立了一道厚厚的城墙壁垒，构成了势垒电容。下面来看一下什么是二极管的扩散电容

扩散电容

什么是扩散电容：当有外加正向偏压时，在 p-n 结两侧的少子扩散区内，都有一定的少数载流子的积累，而且它们的密度随电压而变化，形成一个附加的电容效应，称为扩散电容

我们根据它的定义，用一幅图来描述一下

如果加正向电压的话，源的正极吸引对面 N 区的电子，同时排斥 P 区的空穴；源的负极吸引对面 P 区的空穴，同时排斥 N 区的电子。也就是异性相吸，同性相斥的原理。这样的话，正负极相互促进，一拉一推，电子和空穴就会相互移动并结合，产生了扩散运动。但是需要注意的是，在电子和空穴相互移动的时候，并不全部在 PN 结这个地方结合。而是越靠近 PN 结，结合的越多，还有一些漏网之鱼扩散到更远的地方结合，这就是扩散运动了

扩散的空穴和电子在内部电场区相遇，会有部分空穴和电子复合而消失，也有部分没有消失。没有复合的空穴和电子穿过内部电场区，空穴进入 N 区，电子进入 P 区

进入 N 区的空穴，并不是立马和 N 区的多子-电子复合消失，而是在一定的距离内，一部分继续扩散，一部分与 N 区的电子复合消失

显然，N 区中靠近内部电场区处的空穴浓度是最高的，距离 N 区越远，浓度越低，因为空穴不断复合消失。同理，P 区也是一样，浓度随着远离内部电场区而逐渐降低。总体浓度分布如下图所示

当外部电压稳定不变的时候，最终 P 区中的电子，N 区中的空穴浓度也是稳定的。也就是说，P 区中存储了数量一定的电子，N 区中存储了数量一定的空穴。如果外部电压不变，存储的电子和空穴数量就不会发生变化，也就是说稳定存储了一定的电荷。这里的二极管外部电压指的是二极管正向电压 VF 稳定不变，其实它和正向电流 IF 成正比关系，也就是说，当正向电流 IF 稳定不变，电子和空穴的浓度也是稳定的。通过下面这幅图也能看出 VF 和 IF 的关系