Перейти к содержанию

Ёмкость перехода

Закрытый p-n-переход ведёт себя как конденсатор: обеднённая область — диэлектрик, а области по краям — обкладки. Чем выше обратное напряжение, тем шире обеднённая область и тем меньше ёмкость. Для защитных диодов на быстрых линиях эта ёмкость — главный ограничитель.

Обновлено Редакция GAW

Ёмкость перехода (junction capacitance, CJ) — ёмкость закрытого p-n-перехода диода. Обеднённая область перехода работает как диэлектрик конденсатора, и с ростом обратного напряжения она расширяется, а ёмкость уменьшается. Поэтому в даташите ёмкость всегда указывают вместе с напряжением и частотой измерения.

Примеры по даташитам при 1 МГц:

ДиодЁмкость
BZX84C2V4–C4V3 (onsemi), при 0 В450 пФ
BZX84C5V1, при 0 В225 пФ
BZX84C12, при 0 В130 пФ
BZX84C75, при 0 В35 пФ
SMBJ (Vishay), по рис. 4от тысяч пикофарад у низковольтных до сотен у высоковольтных

Общая закономерность: у низковольтных переходов и у диодов с большой площадью кристалла ёмкость больше. Мощные супрессоры SMBJ и P6KE рассчитаны на сотни ватт в импульсе, и их ёмкость велика; стабилитроны BZX55 и BZX84 малой мощности — в десятки и сотни пикофарад.

Где это важно. Защитный диод на сигнальной линии вместе с выходным сопротивлением источника образует фильтр нижних частот и затягивает фронты. Для быстрых интерфейсов поэтому применяют специализированные ESD-диоды малой ёмкости, а TVS-диоды большой мощности ставят на линии питания. В выпрямителях и ключах переход при переключении ещё и перезаряжается — это часть потерь, наряду с обратным восстановлением.

Частые вопросы

Почему ёмкость перехода зависит от напряжения?

Потому что обеднённая область p-n-перехода расширяется с ростом обратного напряжения, а ёмкость обратно пропорциональна её ширине, как у конденсатора с раздвинутыми обкладками. Поэтому производители указывают ёмкость при конкретном напряжении — у BZX84 при нуле, у SMBJ — при нуле и при рабочем напряжении.

Почему у низковольтных стабилитронов и TVS-диодов ёмкость больше?

Низковольтный переход делают более легированным, его обеднённая область тоньше, а у мощного TVS-диода к тому же большая площадь кристалла. По onsemi у BZX84C2V4 ёмкость при нуле — 450 пФ, у BZX84C75 — 35 пФ; у SMBJ на 5 В она по графику Vishay — тысячи пикофарад.

Где ёмкость перехода мешает?

На быстрых сигнальных линиях: защитный диод с ёмкостью в сотни пикофарад вместе с сопротивлением источника образует фильтр нижних частот и заваливает фронты. Поэтому линии USB или Ethernet защищают специальными диодами с ёмкостью в единицы пикофарад, а мощные TVS-диоды ставят на питание.

Источники

  1. onsemi. BZX84BxxxLT1G, BZX84CxxxLT1G Series: Zener Voltage Regulators, 250 mW SOT-23 (BZX84C2V4LT1/D, Rev. 23, August 2021) — ёмкость при VR = 0 и 1 МГц: 450 пФ у BZX84C2V4–C4V3, 225 пФ у C5V1, 130 пФ у C9V1–C12, 70 пФ у C27–C36, 35 пФ у C62–C75
  2. Vishay. SMBJ5.0A thru SMBJ188A: Surface-Mount TRANSZORB Transient Voltage Suppressors (doc. 88392, revision 09-Jan-2024) — рис. 4 — типичная ёмкость перехода от рабочего напряжения VWM при нуле и при VWM, 1 МГц: от тысяч пикофарад у низковольтных до сотен у высоковольтных, у двунаправленных меньше

Нашли ошибку?