چه چیزی ظرفیت پخش است

تعریف ظرفیت پخش

ظرفیت پخش نوعی از اثر ظرفیت دیفرانسیلی در محل اتصال p-n است که زمانی که به صورت مثبت بایاس شده است. این اثر ناشی از فرآیند پخش انواع مختلف مواد در دستگاه‌های نیم‌رسانا مانند اتصال PN یا MOSFET است، یعنی تعداد کمی از حامل‌ها در منطقه دوپ شده به منطقه غیردوپ شده پخش می‌شوند تا یک منطقه بار فضایی را تشکیل دهند و در نهایت به عنوان یک اثر ظرفیتی ظاهر می‌شوند.

اصول اساسی

وقتی که اتصال PN به صورت مثبت بایاس شده است، حامل‌ها (الکترون‌ها و سوراخ‌ها) به ترتیب از مناطق P و N به هم پخش می‌شوند. در طی فرآیند پخش، منطقه P تعدادی از جین نامتعادل (الکترون) تجمع می‌کند و منطقه N تعدادی از جین نامتعادل (سوراخ) تجمع می‌کند. این حامل‌های نامتعادل تجمع یافته یک ذخیره بار مشابه یک خازن را تشکیل می‌دهند با قابلیت ذخیره بار. اندازه ظرفیت پخش مرتبط با ولتاژ بایاس مثبت، دما و خصوصیات مواد نیم‌رسانا است. هرچه ولتاژ بایاس مثبت بزرگتر باشد، ظرفیت پخش نیز بزرگتر خواهد بود.

تشکیل ظرفیت پخش

وقتی یک ولتاژ متناوب به یک اتصال نیم‌رسانا اعمال می‌شود، غلظت حامل‌های اقلیت با ولتاژ تغییر می‌کند. این حامل‌های اقلیت به طور تصادفی در نیم‌رسانا حرکت می‌کنند و نزدیک به اتصال نیم‌رسانا تجمع می‌یابند. این تجمع معادل یک اثر ظرفیتی است، یعنی ظرفیت پخش.

عبارت معمول برای ظرفیت پخش می‌تواند به صورت زیر نوشته شود:

• CD ظرفیت پخش است.

• Qn بار اقلیت است.

• V ولتاژ اعمال شده است.

ظرفیت پخش در دیود

در دیودها، خازن‌های پخش شده عمدتاً در حالت بایاس مثبت ظاهر می‌شوند. وقتی دیود به صورت مثبت بایاس شده است، حامل‌های اقلیت (مانند سوراخ‌ها در نیم‌رسانای نوع N) به منطقه P تزریق می‌شوند که منجر به تغییر در غلظت حامل‌های اقلیت می‌شود. تغییر غلظت جین تشکیل یک اثر ظرفیتی می‌دهد، یعنی ظرفیت پخش.

ظرفیت پخش در ترانزیستور

در ترانزیستورها (مانند BJT، MOSFETها و غیره)، ظرفیت پخش نیز بین پایه و متصدی وجود دارد. وقتی ترانزیستور در شرایط فرکانس بالا یا سرعت بالا کار می‌کند، تأثیر ظرفیت پخش بیشتر قابل ملاحظه است، زیرا آن تأثیر بر ضریب تقویت ترانزیستور و پاسخ فرکانسی دارد.

تأثیر ظرفیت پخش

تأثیر ظرفیت پخش در دستگاه‌های نیم‌رسانا عمدتاً در جنبه‌های زیر منعکس می‌شود:

• عملکرد فرکانس بالا: در کاربردهای فرکانس بالا، خازن‌های پخش شده پهنای باند دستگاه را محدود کرده و عملکرد فرکانس بالای آن را تحت تأثیر قرار می‌دهند.

• سرعت تبدیل: در کاربردهای تبدیل، ظرفیت پخش می‌تواند سرعت دستگاه‌های تبدیل را تحت تأثیر قرار دهد و ضرر تبدیل را افزایش دهد.

• تحریف سیگنال: در تقویت‌کننده‌ها، خازن‌های پخش شده می‌توانند تأخیر فاز اضافی را معرفی کنند که منجر به تحریف سیگنال می‌شود.

فرمول محاسبه

محاسبه ظرفیت پخش معمولاً بر اساس مدل‌های فیزیک نیم‌رسانا انجام می‌شود. برای یک دیود، ظرفیت پخش می‌تواند به صورت زیر تقریب زده شود:

• Q بار الکترونی است.

• NA غلظت دوپینگ است.

• μn متحرکی الکترون است.

• ϵr ثابت دی الکتریک نسبی است.

• ϵ0 ثابت دی الکتریک خلاء است.

• VT ولتاژ حرارتی است، n = kT/q، k ثابت بولتزمن است، T دما مطلق است.

• Vbi پتانسیل داخلی است.

کاربردها

• مدارهای فرکانس بالا: در مدارهای فرکانس رادیویی (RF) و میکروویو، تأثیر ظرفیت پخش نمی‌تواند نادیده گرفته شود.

• مدارهای دیجیتال با سرعت بالا: در مدارهای دیجیتال با سرعت بالا، ظرفیت پخش می‌تواند زمان صعود و فرود سیگنال را تحت تأثیر قرار دهد.

• مدیریت توان: در مدار مدیریت توان، ظرفیت پخش کارایی تغذیه توان مبدل را تحت تأثیر قرار می‌دهد.