
【電】 natural capacity
固有電容(Intrinsic Capacitance)是電子元件或材料中由自身物理結構或材料特性産生的自然電容效應,與外部電路無關。該術語在半導體器件分析中尤為重要,例如PN結二極管的反偏耗盡層電容($C_j$)和金屬-氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的栅極電容都屬于典型固有電容。
從物理機制分析,固有電容主要由以下因素形成:
電荷分離結構:半導體PN結耗盡區形成的空間電荷層,其電容值可通過公式計算:
$$
Cj = frac{C{j0}}{(1 - V_R/phibi)^{m}}
$$
其中$C{j0}$為零偏置電容,$VR$為反向電壓,$phi{bi}$為内建電勢,$m$為梯度系數(突變結取0.5,線性緩變結取0.33)。
材料介電特性:如鐵電材料的自發極化會産生與晶格結構相關的本征電容,這類電容在存儲器設計中具有關鍵作用。
國際電工委員會(IEC)在标準IEC 60050-131:2002中明确定義了固有電容為“器件在無外部激勵時表現出的電荷存儲能力”,該标準被IEEE等機構廣泛采用。在工程實踐中,設計高頻電路時需重點考慮晶體管固有電容對截止頻率($f_T$)的影響,其關系可表示為:
$$
fT = frac{gm}{2pi(C{gs} + C{gd})}
$$
其中$gm$為跨導,$C{gs}$和$C_{gd}$分别為栅源、栅漏固有電容。
固有電容是指導體、元件或材料由于其自身物理特性(如幾何形狀、材料屬性等)而自然存在的電容效應。以下從定義、形成機制和典型應用三方面綜合解釋:
基本定義
固有電容源于物體自身儲存電荷的能力,與外部電路無關。例如,平行闆電容器的固有電容可通過公式計算:
$$
C = frac{varepsilon A}{d}
$$
其中$varepsilon$為介質介電常數,$A$為極闆面積,$d$為極闆間距,這些均為材料或結構的固有屬性。
形成機制
典型應用場景
注:固有電容與寄生電容常被混淆,區别在于前者是設計預期内的參數,後者則是非理想因素導緻的附加電容效應。
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