二極管的結(jié)電容分兩種：勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容。而一般數(shù)據(jù)手冊(cè)給到的結(jié)電容參數(shù)，通常指的是勢(shì)壘電容。

上面這個(gè)是ES1J超快恢復(fù)二極管數(shù)據(jù)手冊(cè)的結(jié)電容參數(shù)Cj=8pF。同時(shí)我們知道，對(duì)于常用的二極管來(lái)說(shuō)，它有普通整流二極管、快恢復(fù)二極管、超快恢復(fù)二極管、肖特基二極管等。那么什么是二極管的反向恢復(fù)時(shí)間呢？它和結(jié)電容之間有什么關(guān)系呢？下面列舉常用二極管的反向恢復(fù)時(shí)間：

普通二極管：反向恢復(fù)時(shí)間一般 >500ns以上；

快恢復(fù)二極管：反向恢復(fù)時(shí)間一般在150ns-500ns之間；

超快恢復(fù)二極管：反向恢復(fù)時(shí)間一般在15ns-35ns之間；

肖特基二極管：反向恢復(fù)時(shí)間一般<10ns，也有個(gè)別在20ns這個(gè)量級(jí)。

我們一般都認(rèn)為，二極管的反向恢復(fù)時(shí)間和它的結(jié)電容有關(guān)。結(jié)電容越大，反向恢復(fù)時(shí)間越長(zhǎng)；結(jié)電容越小，反向恢復(fù)時(shí)間越短。也有人常說(shuō)的快管和慢管。我們把這幾種具有代表性的二極管結(jié)電容參數(shù)放在一起進(jìn)行對(duì)比看看是否如上所述：

根據(jù)上面列的數(shù)據(jù)可以看出來(lái)，反向恢復(fù)時(shí)間并不和數(shù)據(jù)手冊(cè)表示的結(jié)電容參數(shù)有關(guān)。那么，我們研究一下，這里的結(jié)電容和反向恢復(fù)時(shí)間到底指的是什么呢？正如一開(kāi)始所講的，二極管的結(jié)電容分為2種：勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容。下面就從這個(gè)角度出發(fā)，深入挖掘一下，從本質(zhì)上理解它們的含義。

勢(shì)壘電容

我們知道，P區(qū)空穴多，N區(qū)電子多，因?yàn)閿U(kuò)散，會(huì)在中間形成內(nèi)建電場(chǎng)區(qū)。N區(qū)那邊失去電子帶正電荷，P區(qū)那邊得到電子帶負(fù)電荷。

當(dāng)給PN結(jié)加上反向電壓，內(nèi)電場(chǎng)區(qū)的厚度隨著反向電壓的大小而改變。如果反向電壓增大，那么內(nèi)電場(chǎng)區(qū)厚度也增加，即內(nèi)部電荷增多。反之，如果反向電壓減小，那么內(nèi)部電荷減少。

如果把PN結(jié)等效為右邊的勢(shì)壘電容這幅圖的話(huà)，就相當(dāng)于電容的充放電。PN結(jié)兩端電壓變化，引起積累在中間區(qū)域的電荷數(shù)量的改變，從而呈現(xiàn)電容效應(yīng)，這個(gè)電容就是勢(shì)壘電容。勢(shì)壘電容的大小和外加反向電壓有關(guān)，所以，不同反向電壓下，勢(shì)壘電容的大小也是不同的。

我們還是以ES1J數(shù)據(jù)手冊(cè)里面的結(jié)電容Cj為例，廠家給了測(cè)試條件：VR=4V，f=1MHz。這里VR指的是反向電壓，R指的是Reverse反向的意思。所以，二極管數(shù)據(jù)手冊(cè)里面的結(jié)電容指的是勢(shì)壘電容。那么，也就是勢(shì)壘電容的大小和反向恢復(fù)時(shí)間沒(méi)有直接聯(lián)系。

這里再插入講一下，對(duì)于勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容，確實(shí)不是很容易從直覺(jué)上理解，我們可以根據(jù)下面所講的，從直觀上這么來(lái)理解：

如果加反向電壓的話(huà)，源的正極相當(dāng)于把N區(qū)的電子吸過(guò)來(lái)；源的負(fù)極相當(dāng)于把P區(qū)的空穴吸過(guò)去。它們各自的運(yùn)動(dòng)是背離的。這樣，中間就構(gòu)成了一個(gè)空間電荷區(qū)。為什么說(shuō)是電荷區(qū)呢？因?yàn)楫?dāng)N區(qū)的電子被吸走后，它就帶正電荷；P區(qū)的空穴被吸走后，它就帶負(fù)電荷。所以，左邊的正電荷和右邊的負(fù)電荷構(gòu)成了內(nèi)電場(chǎng)。如果外加的反向電壓越高，各自被吸走的電子和空穴也就越多，那么正負(fù)電荷也就越多，內(nèi)電場(chǎng)也就越強(qiáng)。體現(xiàn)在中間的PN結(jié)，就是反向電壓越高，厚度更寬。建立了一道厚厚的城墻壁壘，構(gòu)成了勢(shì)壘電容。下面來(lái)看一下什么是二極管的擴(kuò)散電容。

擴(kuò)散電容

什么是擴(kuò)散電容：當(dāng)有外加正向偏壓時(shí)，在 p-n 結(jié)兩側(cè)的少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，都有一定的少數(shù)載流子的積累，而且它們的密度隨電壓而變化，形成一個(gè)附加的電容效應(yīng)，稱(chēng)為擴(kuò)散電容。

我們根據(jù)它的定義，用一幅圖來(lái)描述一下。

如果加正向電壓的話(huà)，源的正極吸引對(duì)面N區(qū)的電子，同時(shí)排斥P區(qū)的空穴；源的負(fù)極吸引對(duì)面P區(qū)的空穴，同時(shí)排斥N區(qū)的電子。也就是異性相吸，同性相斥的原理。這樣的話(huà)，正負(fù)極相互促進(jìn)，一拉一推，電子和空穴就會(huì)相互移動(dòng)并結(jié)合，產(chǎn)生了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。但是需要注意的是，在電子和空穴相互移動(dòng)的時(shí)候，并不全部在PN結(jié)這個(gè)地方結(jié)合。而是越靠近PN結(jié)，結(jié)合的越多，還有一些漏網(wǎng)之魚(yú)擴(kuò)散到更遠(yuǎn)的地方結(jié)合，這就是擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)了。

擴(kuò)散的空穴和電子在內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)相遇，會(huì)有部分空穴和電子復(fù)合而消失，也有部分沒(méi)有消失。沒(méi)有復(fù)合的空穴和電子穿過(guò)內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)，空穴進(jìn)入N區(qū)，電子進(jìn)入P區(qū)。

進(jìn)入N區(qū)的空穴，并不是立馬和N區(qū)的多子-電子復(fù)合消失，而是在一定的距離內(nèi)，一部分繼續(xù)擴(kuò)散，一部分與N區(qū)的電子復(fù)合消失。

顯然，N區(qū)中靠近內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)處的空穴濃度是最高的，距離N區(qū)越遠(yuǎn)，濃度越低，因?yàn)榭昭ú粩鄰?fù)合消失。同理，P區(qū)也是一樣，濃度隨著遠(yuǎn)離內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)而逐漸降低?？傮w濃度分布如下圖所示。

當(dāng)外部電壓穩(wěn)定不變的時(shí)候，最終P區(qū)中的電子，N區(qū)中的空穴濃度也是穩(wěn)定的。也就是說(shuō)，P區(qū)中存儲(chǔ)了數(shù)量一定的電子，N區(qū)中存儲(chǔ)了數(shù)量一定的空穴。如果外部電壓不變，存儲(chǔ)的電子和空穴數(shù)量就不會(huì)發(fā)生變化，也就是說(shuō)穩(wěn)定存儲(chǔ)了一定的電荷。這里的二極管外部電壓指的是二極管正向電壓VF穩(wěn)定不變，其實(shí)它和正向電流IF成正比關(guān)系，也就是說(shuō)，當(dāng)正向電流IF穩(wěn)定不變，電子和空穴的濃度也是穩(wěn)定的。通過(guò)下面這幅圖也能看出VF和 IF的關(guān)系。

但是，如果電壓發(fā)生變化，比如正向電壓降低，也就是電流減小，單位時(shí)間內(nèi)涌入N區(qū)中的空穴也會(huì)減小，這樣N區(qū)中空穴濃度必然會(huì)降低。同理，P區(qū)中電子濃度也降低。所以，穩(wěn)定后，存儲(chǔ)的電子和空穴的數(shù)量想比之前會(huì)更少，也就是說(shuō)存儲(chǔ)的電荷就變少了。

這就是電容。電壓變化，存儲(chǔ)的電荷量也發(fā)生了變化，跟電容的表現(xiàn)一模一樣，這電容就是擴(kuò)散電容了。

那這個(gè)電容大小是多少呢？

擴(kuò)散電容：

A：PN結(jié)的面積	：電子擴(kuò)散長(zhǎng)度
e：電子電荷量	：空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度
：P區(qū)熱平衡電子濃度	：玻爾茲曼常數(shù)
：N區(qū)熱平衡空穴濃度	T：溫度
	V：正向壓降

擴(kuò)散電容隨正向偏壓V按指數(shù)規(guī)律增加。這也是擴(kuò)散電容在大的正向偏壓下起主要作用的原因。

PN結(jié)電流方程：

：反向飽和電流	T：溫度
e：電子電荷量	V：正向壓降
：玻爾茲曼常數(shù)

如上所示，二極管的電流也與正向偏壓按指數(shù)規(guī)律增加，所以，擴(kuò)散電容的大小與電流的大小差不多是正比的關(guān)系。

可能有的人有這樣的疑問(wèn)：既然是少子構(gòu)成的擴(kuò)散電容，那么多子呢？

我們繼續(xù)觀察上面這幅圖。少子，指的是左邊N區(qū)的空穴，右邊P區(qū)中的電子。但是也要知道N區(qū)還有更多的電子，P區(qū)還有更多的空穴。難道擴(kuò)散電容和它們沒(méi)關(guān)系嗎？為什么是少子構(gòu)成了擴(kuò)散電容呢？我們看下面這幅圖。

假如沒(méi)有擴(kuò)散作用，N區(qū)中電子是多子，且電子帶負(fù)電，但是整個(gè)N區(qū)是電中性的，因?yàn)镹區(qū)是硅原子和正五價(jià)原子構(gòu)成，它們都是中性的。同理P區(qū)中空穴是多子，整體也是電中性的。

按照直覺(jué)上來(lái)認(rèn)為的話(huà)，如果加上正向電壓，就有了正向電流。N區(qū)的電子向P區(qū)移動(dòng)，P區(qū)的空穴向N區(qū)移動(dòng)，如果電子和空穴都在交界處復(fù)合消失，那么N區(qū)和P區(qū)是電中性的。

但直覺(jué)畢竟是直覺(jué)，事實(shí)是，電子和空穴有的會(huì)擦肩而過(guò)，電子會(huì)在沖進(jìn)P區(qū)，空穴也會(huì)沖進(jìn)N區(qū)。盡管P區(qū)有很多空穴，電子進(jìn)入后也不會(huì)馬上和空穴復(fù)合消失，而是會(huì)存在一段時(shí)間。這時(shí)如果我們看P區(qū)整體，它不再是電中性了，它有了凈電荷。電荷數(shù)量就是還沒(méi)有復(fù)合的電子數(shù)量，也就是少數(shù)載流子的數(shù)量。同理，N區(qū)也有凈電荷，為少數(shù)載流子空穴的數(shù)量。

所以說(shuō)，擴(kuò)散電容是少數(shù)載流子的積累效應(yīng)。

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