如果二极管有电容,为什么一段时间后它不会阻塞电路?

电器工程 二极管 电容 pn结 耗尽区
2022-01-26 14:26:08

众所周知,二极管具有耗尽区,由于在其相对侧存在电荷,该耗尽区本身具有某种形式的电容。在 RC 电路中,电容器总是在一段时间后(当它几乎完全充电时)充当开路。为什么同样的现象不适用于正向偏置的 PN 结二极管?

4个回答

这是二极管的(有些简化的)模型:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

交流电可以绕过二极管,因为它的电容,但有一个问题。

暂时只考虑电容器:

示意图

模拟这个电路

电容器具有阻抗。阻抗取决于通过电容器的交流电的频率。在 50Hz(世界大部分地区的典型交流线路频率)下,4pF 电容器的阻抗约为 800 兆欧。几乎任何负载都会使 50 Hz 交流电在电容器之后消失。

二极管的电容和二极管后面的电路形成高通滤波器,如最后一张图的第二部分。

对于具有 4 皮法并联电容和 50 欧姆负载的 1N4148 二极管,由 1N4148 形成的滤波器的截止频率约为 800 MHz。如您所见,在二极管的结电容成为考虑因素之前,您必须达到非常高的频率。

在某些频率下,二极管的电容将允许更多的交流电通过,而不是二极管操作块 - 在该点,二极管的行为更像电容器而不是二极管,并且作为二极管没有多大用处。

这就是为什么不使用 1N4001(低功率整流器)作为射频检测器的(一个原因)——除了正向电压太高之外,它还具有相当高的结电容,使过多的射频绕过二极管。

更大(更高功率)的二极管通常具有更高的结电容。可以将较小的二极管制成具有非常低的结电容 - 我使用了一些为超过 2.5GHz 操作而制造的 SMD 部件,如果您寻找它们,我确信有更高额定值的二极管。

它确实适用。然而,电容不与结串联,而是在结上并联,因此当电容充满电时,只有结导通。

这个问题的答案是二极管的内部结构和流过二极管的不同电流的来源。在正向偏压中,电流是由于移动电荷载流子(电子和空穴)从高浓度区域扩散到低浓度区域。扩散是驱动移动载流子向前运动的过程,即使存在耗尽区移动载流子可以通过它-> 电流,它也不是电磁力。

耗尽区,由于耗尽区(绝缘体两侧存在电荷,其本身具有某种形式的电容

耗尽区不是绝缘体。按照你为理解二极管在电路中的行为而发明的思路,你可以想象耗尽区是一种介质,其电阻率受该介质中的电场控制,因此这种“电容器电介质”的动态电阻" 取决于这个“电容器”上的电压: $$ r_0 = {\frac {\partial V_D} {\partial I}} \approx {\frac {nV_T} {I_S}}{\frac {I_S} I} = {\frac {nV_T} {I_S}}\exp(-{\frac {V_D}{nV_T}}) $$ 对于由电压 - \$V_D\gg nV_T\$反向偏置的二极管,该电阻可以为与陶瓷电容器的电阻一样大,您可以承认结切断了直流路径,二极管充当了偏置结电容器。

警告:这种心理图片在电路分析中没有用处,因为永久反向偏置的二极管不能用作电路组件。您最好采用传统方法或使用电路模拟器。