2.7.1 耗尽电容

正电荷和负电荷之间存在一个非常小而有限的距离。随着PN结两端电压变化，耗尽层内储存的电荷发生变化，q-v关系如图2.14所示。耗尽层电容与耗尽区电荷的变化量Δq和偏置电压V_D的变化量Δv_D有关，表示为：

其通用的表达式为：

式中，m为结梯度系数，其值在0.33～0.5 范围内；V_D为阳极到阴极的偏置电压，正向偏置时为正，反向偏置时为负；V _j为当施加外部电压为零时的二极管势垒，称为内建势垒，它与半导体材料类型、掺杂程度和结温有关，对于硅二极管来说，为0.5～0.9V，而对于锗二极管来说，为0.2～0.6 V；C _jo为二极管两端外部电压等于零时的耗尽层电容。

耗尽电容也称为过渡电容。C _j的值与 PN 结的横截面积成正比，大小在 0.1～100 pF 之间。从上面可知，通过改变二极管两端的反向电压 v_R =-v_D 来改变耗尽层电容C _j。前面提到的变容二极管就是利用这个特性。在这些应用中，一个反向偏置的二极管可以与一个由电阻、电感和电容组成的并联电路的外部电容器并联，电路的谐振频率f _p表示为：

图2.14 耗尽层的电荷电压关系

式中，C_j为耗尽层电容，由二极管的反向偏压 v_R 控制变化；L 为 RLC 并联电路的电感；C 为RLC并联电路的电容。