齐纳二极管击穿特性

齐纳二极管的符号如下图所示。 齐纳二极管不是代表阴极的直线，而是有一条弯曲的线，让您想起字母 Z（表示齐纳）。 齐纳二极管是一种硅 pn 结器件，设计用于在反向击穿区域中工作。 齐纳二极管的击穿电压是通过在制造过程中仔细控制掺杂水平来设置的。 从前文对二极管特性曲线的讨论可知，当二极管达到反向击穿时，即使电流急剧变化，其电压也几乎保持不变，这是齐纳二极管工作的关键。 下图中再次显示了这种伏安特性，齐纳二极管的正常工作区域显示为阴影区域。 齐纳击穿 齐纳二极管设计用于反向击穿。 齐纳二极管中的两种反向击穿是雪崩和齐纳。 雪崩效应在足够高的反向电压下发生在整流器和齐纳二极管中。 齐纳击穿发生在低反向电压下的齐纳二极管中。 齐纳二极管被重掺杂以降低击穿电压。 这导致非常薄的耗尽区。 结果，耗尽区内存在强电场。 在齐纳击穿电压 (V) 附近，电场强度足以将电子从价带中拉出并产生电流。 击穿电压低于大约 5 V 的齐纳二极管主要在齐纳击穿中工作。 击穿电压大于大约 5 V 的那些主要在雪崩击穿中工作。 然而，这两种类型都被称为齐纳二极管。 齐纳二极管的击穿电压从低于 1 V 到高于 250 V，具有 1% 到 20% 的指定容差。 齐纳击穿特性 下图显示了齐纳二极管特性曲线的反向部分。 请注意，随着反向电压 (VR) 的增加，反向电流 (IR) 在曲线“拐点”之前仍然非常小。 反向电流也称为齐纳电流，IZ。 此时，击穿效应开始； 内部齐纳电阻，也称为齐纳阻抗 (ZZ)，随着反向电流的快速增加而开始减小。 从拐点的底部开始，齐纳击穿电压 (VZ) 基本保持不变，尽管它会随着齐纳电流 IZ 的增加而略有增加。 图：齐纳二极管的反向特性。 VZ 通常指定为称为测试电流的齐纳电流值。 齐纳调节 保持两端的反向电压基本恒定的能力是齐纳二极管的关键特性。 在击穿状态下工作的齐纳二极管充当电压调节器，因为它在指定的反向电流值范围内在其端子上保持几乎恒定的电压。 必须保持反向电流的最小值 IZK，以保持二极管处于击穿状态以进行电压调节。 您可以在上图中的曲线上看到，当反向电流减小到曲线拐点以下时，电压急剧下降，失去调节。 此外，还有一个最大电流 IZM，如果超过该电流，二极管可能会因功耗过大而损坏。 因此，基本上，对于 IZK 到 IZM 范围内的反向电流值，齐纳二极管在其端子上保持几乎恒定的电压。 标称齐纳电压 VZ 通常在数据表上指定为反向电流值，称为齐纳测试电流。 齐纳等效电路 下图显示了反向击穿的齐纳二极管的理想模型（一阶近似）及其理想特性曲线。 它具有等于标称齐纳电压的恒定电压降。 尽管齐纳二极管不产生电压，但由反向击穿在齐纳二极管上产生的这种恒定电压降由直流电压符号表示。 图：理想的齐纳二极管等效电路模型和特性曲线。 下图 (a) 表示齐纳二极管的实际模型（二次近似），其中包括齐纳阻抗（电阻）ZZ。 由于实际电压曲线不是理想的垂直曲线，齐纳电流 (ΔIZ) 的变化会产生齐纳电压 (ΔVZ) 的微小变化，如下图 (b) 所示。 根据欧姆定律，ΔVZ 与ΔIZ 的比值是阻抗，如以下等式所示： 通常，ZZ 指定为齐纳测试电流。 在大多数情况下，您可以假设 ZZ 在整个齐纳电流值范围内是一个很小的常数，并且是纯电阻性的。 最好避免在曲线拐点附近操作齐纳二极管，因为该区域的阻抗变化很大。 图：实用齐纳二极管等效电路和说明 ZZ 的特性曲线。 对于大多数电路分析和故障排除工作，理想模型会给出非常好的结果，并且比更复杂的模型更容易使用。 当齐纳二极管正常工作时，它将处于反向击穿状态，您应该观察其两端的标称击穿电压。 大多数原理图会在图纸上指出该电压应该是多少。 齐纳二极管的主要应用是作为一种电压调节器，为电源、电压表和其他仪器提供稳定的参考电压。 齐纳二极管击穿电压 齐纳二极管可能发生击穿的原因有两种不同的机制。 它们在下面给出齐纳击穿雪崩击穿不同的击穿通常根据掺杂浓度来区分。 当 PN 结高度掺杂时，齐纳击穿发生，而雪崩击穿仅在 PN 结掺杂很轻时发生。 1. 齐纳击穿：当 pn 结上的反向偏置电压足够高时，会发生齐纳击穿，从而在结处产生的电场对束缚电子施加很大的力，将其从共价束缚中撕裂。 因此，共价键的直接断裂会产生大量的电子-空穴对，从而增加反向电流。 这个过程被称为齐纳击穿。 由于击穿电压随着结温升高而降低，因此其温度系数为负。 2. 雪崩击穿：热产生的载流子下降到结势垒并从施加的电位中获取能量。 该载体与晶体离子碰撞并赋予足够的能量来扰乱共价键。 除了原始载体之外，还创建了新的电子-空穴对。 这种载流子也可能从外加场中获得足够的能量，与另一个晶体离子碰撞，并仍然产生另一个电子-空穴对。 这个过程被称为雪崩乘法。 在这种情况下，击穿电压随着温度的升高而增加。 齐纳二极管的击穿电压范围为 3V 至 200V。 齐纳二极管应用齐纳二极管的各种应用是， 在各种保护电路中。 在齐纳限幅器中，即用于削除电压波形中不需要的部分的削波电路。 作为稳压器中的稳压元件。

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