理论教育 非线性电容元件简介

非线性电容元件简介

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:线性电容是一个两端储能元件,它的特征是用两端电压u与其电荷q的函数或库伏特性表示的。若一个电容元件的库伏特性不是一条通过q~u平面坐标原点的直线,这种电容元件称为非线性电容。若一个非线性电容元件的电荷、电压关系可表示为q=f即电荷是电压的单值函数,则此电容称为电压控制的电容,简称压控电容。

非线性电容元件简介

线性电容是一个两端储能元件,它的特征是用两端电压u与其电荷q的函数或库伏特性表示的。若一个电容元件的库伏特性不是一条通过q~u平面坐标原点的直线,这种电容元件称为非线性电容。非线性电容的电路符号和q~u特性曲线如图11-6所示。

图11-6 非线性电容及特性曲线

(a)电路符号;(b)特性曲线

根据非线性电容的库伏特性曲线,非线性电容也可分为四种类型:压控电容、荷控电容、单调电容和多值电容。

若一个非线性电容元件的电荷、电压关系可表示为

q=f(u)

即电荷是电压的单值函数,则此电容称为电压控制的电容,简称压控电容。

若一个非线性电容元件的电荷电压关系可表示为

u=h(q)(www.daowen.com)

图11-7 MOS电容器的特性曲线

即电压是电荷的单值函数,则此电容称为电荷控制的电容,简称荷控电容。

若一个非线性电容元件的库伏特性在q~u平面上是单调增长或单调下降的,也就说是电压和电荷是单调函数,即可表达成q=f(u),也可表达成u=h(q),则这种电容称单调电容。如金属氧化物半导体(MOS)电容器的模型就是一种典型的单调型电容,其q~u曲线如图11-7所示,可见,它既是电压u的单值函数,也是电流i的单值函数。

以铁电物质为介质的电容器是多值电容的典型例子,它的库伏特性呈现滞回现象。

为了计算上的需要,有时引用静态电容CS动态电容Cd的概念,电容库伏特性任一工作点P的静态电容和动态电容的定义分别为:

显然,图11-6所示的非线性电容库伏特性曲线P的静态电容CS正比于tanα,P的动态电容Cd正比于tanβ。静态电容CS和动态电容Cd一般也都是q和u的函数。

当电荷是电压的单值函数时,非线性电容的电压和电流之间的关系为

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