Šta je difuzni kapacitet?

Definicija difuznog kapacitansa

Difuzni kapacitanse je vrsta diferencijalnog kapacitanskog efekta p-n spoja kada je pozitivno polarizovan. On je uzrokovan difuzijskim procesom različitih materijala u poluprovodničkim uređajima, kao što su PN spoj ili MOSFET, to jest, nekoliko nosilaca u dopiranom regionu se difunduje u nedopirani region formirajući prostornu nabojnu regiju, i na kraju se pojavljuje kao kapacitanski efekat.

Osnovni princip

Kada je PN spoj polarizovan napred, nosioci (elektroni i rupe) će se difundirati iz P i N regiona jedan prema drugom. Tako, P region akumulira određenu količinu neequilibrijumskih Jane (elektrona), dok N region akumulira određenu količinu neequilibrijumskih Jane (rupa). Ovi akumulirani neequilibrijumske manjinske čestice formiraju određeni depo naboja, slično kondenzatoru, sa sposobnošću skladištenja naboja. Veličina difuznog kapacitansa je povezana sa napretnim napetostima, temperaturom i osobinama poluprovodničkih materijala. Veća napretna napetost dovodi do većeg difuznog kapacitansa.

Formiranje difuznog kapacitansa

Kada se na poluprovodnički spoj primeni AC napetost, koncentracija manjinskih čestica varira sa napetosti. Ove manjinske čestice se slučajno kreću unutar poluprovodnika i akumuliraju blizu poluprovodničkog spoja. Ova akumulacija je ekvivalentna kapacitanskom efektu, to jest, difuznom kapacitansu.

Izraz za difuzni kapacitanse obično može biti napisan kao:

• CD je difuzni kapacitanse.

• Qn je manjinski naboj.

• V je primenjena napetost.

Difuzni kapacitanse u dijodu

U dijodima, difuzni kondenzatori uglavnom se pojavljuju u stanju napretnog polarisanja. Kada je dijod napretno polarizovan, manjinske čestice (kao što su rupe u N tipu poluprovodnika) se ubacuju u P region, što dovodi do promene koncentracije manjinskih čestica. Promena koncentracije Jane formira kapacitanski efekt, to jest, difuzni kapacitanse.

Difuzni kapacitanse u tranzistoru

U tranzistorima (kao što su BJT, MOSFET-i, itd.), difuzni kapacitanse takođe postoji između baze i emitera. Kada tranzistor radi u visokofrekventnim ili brzim uslovima, uticaj difuznog kapacitansa je očigledniji, jer utiče na pojačanje tranzistora i frekvencijsku karakteristiku.

Uticaj difuznog kapacitansa

Uticaj difuznog kapacitansa u poluprovodničkim uređajima se glavno odražava na sledeće aspekte:

• Visokofrekventne performanse: U visokofrekventnim aplikacijama, difuzni kondenzatori ograničavaju frekvencijski opseg uređaja i utiču na njegove visokofrekventne performanse.

• Brzina prekida: u prekidnim aplikacijama, difuzni kapacitanse mogu uticati na brzinu prekidnih uređaja, povećavajući gubitke pri prekidu.

• Deformacija signala: U pojačavacima, difuzni kondenzatori mogu uvesti dodatni fazni kašnjenje, što dovodi do deformacije signala.

Formula za izračunavanje

Izračunavanje difuznog kapacitansa obično se zasniva na modelima u poluprovodničkoj fizici. Za dijod, difuzni kapacitanse se može aproksimirati kao:

• Q je elektronski naboj.

• NA je koncentracija dopiranja.

• μn je mobilnost elektrona.

• ϵr je relativna dielektrična konstanta.

• ϵ0 je dielektrična konstanta vakuma.

• VT je termalna napetost, n = kT/q, k je Boltzmanova konstanta, T je apsolutna temperatura.

• Vbi je ugrađena potencijala.

Primena

• Visokofrekventne šeme: U radio-frekventnim (RF) i mikrovalnim šemama, uticaj difuznog kapacitansa ne može biti zanemaren.

• Brze digitalne šeme: u brzim digitalnim šemama, difuzni kapacitanse može uticati na vreme rasta i pada signala.

• Upravljanje snabdevanjem: U šemama upravljanja snabdevanjem, difuzni kapacitanse utiče na efikasnost prekidnog napajanja.