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二极管的电容效应和等效电路与开关特性

一、二极管的电容效应二极管具有电容效应 。它的电容包括势垒电容CB和扩散电容CD 。
1．势垒电容CB（Cr）
前面已经讲过 ， PN结内缺少导电的载流子 ， 其电导率很低 ， 相当于介质；而PN结两侧的P区、N区的电导率高 ， 相当于金属导体 。从这一结构来看 ， PN结等效于一个电容器 。
事实上 ， 当PN结两端加正向电压时 ， PN结变窄 ， 结中空间电荷量减少 ， 相当于电容"放电" ， 当PN结两端加反向电压时 ， PN结变宽 ， 结中空间电荷量增多 ， 相当于电容"充电" 。这种现象可以用一个电容来模拟 ， 称为势垒电容 。势垒电容与普通电容不同之处 ， 在于它的电容量并非常数 ， 而是与外加电压有关 。当外加反向电压增大时 ， 势垒电容减小；反向电压减小时 ， 势垒电容增大 。目前广泛应用的变容二极管 ， 就是利用PN结电容随外加电压变化的特性制成的 。
【二极管的电容效应和等效电路与开关特性】2．扩散电容CD
PN结正向偏置时 ， N区的电子向P区扩散 ， 在P区形成一定的非平衡载流子的浓度分布 ， 即靠近PN结一侧浓度高 ， 远离PN结的一侧浓度低 。显然 ， 在P区积累了电子 ， 即存贮了一定数量的负电荷；同样 ， 在N区也积累了空穴 ， 即存贮了一定数即正电荷 。当正向电压加大时 ， 扩散增强 ， 这时由N区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数将增多 ， 致使在两个区域内形成了电荷堆积 ， 相当于电容器的充电 。相反 ， 当正向电压减小时 ， 扩散减弱 ， 即由N区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数减少 ， 造成两个区域内电荷的减少 ， 、这相当于电容器放电 。因此 ， 可以用一个电容来模拟 ， 称为扩散电容 。
总之 ， 二极管呈现出两种电容 ， 它的总电容Cj相当于两者的并联 ， 即Cj＝CB + CD 。二极管正向偏置时 ， 扩散电容远大于势垒电容 Cj≈CD ；而反向偏置时 ， 扩散电容可以忽略 ， 势垒电容起主要作用 ， Cj≈CB。
二、二极管的等效电路二极管是一个非线性器件 ， 对于非线性电路的分析与计算是比较复杂的 。为了使电路的分析简化 ， 可以用线性元件组成的电路来模拟二极管 。使线性电路的电压、电路关系和二极管外特性近似一致 ， 那么这个线性电路就称为二极管的等效电路 。显然等效电路是在一定条件下的近似 。
二极管应用于直流电路时 ， 常用一个理想二极管模型来等效 ， 可把它看成一个理想开关 。正偏时 ， 相当于"开关"闭合（ON） ， 电阻为零 ， 压降为零；反偏时 ， 相当于"开关"断开（OFF） ， 电阻为无限大 ， 电流为零 。由于理想二极管模型突出表现了二极管基本的特性--单向导电性 ， 所以广泛应用于直流电路及开关电路中 。
在直流电路中如果考虑到二极管的电阻和门限电压的影响 。实际二极管可用图Z0112所示的电路来等效 。
在二极管两端加直流偏置电压和工作在交流小信号的条件下 ， 可以用简化的电路来等效 。图中rs为二极管P区和N区的体电阻 。
三、二极管的开关特性二极管正偏时导通 ， 相当于开关的接通；反偏时截止相当于开关的断开 ， 表明二极管具有开关特性 。不过一个理想的开关 ， 在接通时开关本身电阻为零 ， 压降为零 ， 而断开时电阻为无穷大 ， 电流为零 ， 而且要求在高速开关时仍具有以上特性 ， 不需要开关时间 。但实际二极管作为开关运用 ， 并不是太理想的 。因为二极管正向导通时 ， 其正向电阻和正向降压均不为零；反向戳止时 ， 其反向电阻也不是无穷大 ， 反向电流也不为零 。并且二极管开、关状态的转换需要一定时间．这就限制了它的开关速度 。因此作开关时 ， 应选用正向电阻RF小、反向电阻RR大、开关时间小的开关二极管 。

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