ЕМКОСТЬ

В § 2.3 говорилось о том, что n-р- переход при обратном напряжении U_обр аналогичен конденсатору со значительным током утечки в диэлектрике. Запирающий слой имеет высокое сопротивление и играет роль диэлектрика, а по обе его стороны расположены два разноименных объемных заряда +Qобр и -Qобр, созданные ионизированными атомами донорной и акцепторной примеси. Поэтому
n- р- переход обладает емкостью, подобной конденсатору с двумя обкладками. Эту емкость называют барьерной емкостью. При постоянном напряжении она определяеться отношением

Сб = Qобр/Uобр

Барьерная ёмкость, как и ёмкость обычных конденсаторов, возрастает при увеличении площади n- р - перехода, диэлектрической проницаемости полупроводника и уменьшении толщины запирающего слоя. Несмотря на то что у диодов небольшой мощности площадь перехода мала, емкость С_б весьма заметна за счет малой толщины запирающего слоя и сравнительно большой относительной диэлектрической проницаемости. В зависимости от площади перехода значение С_б может быть от единиц до сотен пикофарад.

Рис 3.3 Зависимость барьерной ёмкости от обратного напряжения

. Особенность барьерной емкости состоит в том, что она нелинейна, т. е. изменяется при изменении напряжения на переходе. Если обратное напряжение возрастает, то толщина запирающего слоя увеличивается и емкость С_б уменьшается. Характер этой зависимости показывает график на рис. 3.3. Как видно, под влиянием напряжения U_обр емкость С_б изменяется в несколько раз. Барьерная емкость вредно влияет на выпрямление переменного тока, так как шунтирует диод и через нее на более высоких частотах проходит переменный ток. Однако барьерная емкость бывает и полезной. Специальные диоды (варикапы) используют как конденсаторы переменной емкости для настройки колебательных контуров, а также в некоторых схемах, работа которых основана на свойствах нелинейной емкости. В отличие от обычных конденсаторов переменной емкости, в которых емкость изменяют механическим путем, в варикапах это изменение достигается регулировкой обратного напряжения. Такую настройку колебательных контуров называют электронной настройкой.

При прямом напряжении диод кроме барьерной емкости обладает так называемой диффузионной емкостью С_диф, которая также нелинейна и возрастает при увеличении U_пр. Диффузионная емкость характеризует накопление подвижных носителей заряда в
n- и р-областях при прямом напряжении на переходе. Она практически существует только при прямом напряжении, когда носители заряда в большом количестве диффундируют (инжектируют) через пониженный потенциальный барьер и, не успевают рекомбинировать, накапливаются в n- и р- областях. Так, например, если в некотором диоде р- область является эмиттером, а n- область - базой, то при подаче прямого напряжения из р- области в n- область через переход устремляется большое число дырок и, следовательно, в
n- области появляется положительный заряд. Одновременно под действием источника прямого напряжения из провода внешней цепи в n- область входят электроны и в этой области возникает отрицательный заряд. Дырки и электроны в n- области не могут мгновенно рекомбинировать. Поэтому каждому значению прямого напряжения соответствует определенное значение двух равных разноименных зарядов + Qдиф и - Qдиф, накопленных в n- области за счет диффузии носителей через переход.

Диффузионная емкость значительно больше барьерной, но использовать ее не удается, так как она зашунтирована малым прямым сопротивлением самого диода.

Следует иметь в виду, что существует еще емкость С_в между выводами диода, которая может заметно шунтировать диод на очень высоких частотах. На СВЧ может также проявляться индуктивность выводов.