齊納二極管原理與使用

齊納二極管又叫穩(wěn)壓二極管，齊納二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件。在這臨界擊穿點上，反向電阻降低到一個很少的數(shù)值，在這個低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定，穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的，因為這種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準元件使用。其伏安特性，穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。

齊納二極管原理

在通常情況下，反向偏置的PN結中只有一個很小的電流。這個漏電流一直保持一個常數(shù)，直到反向電壓超過某個特定的值，超過這個值之后PN結突然開始有大電流導通（圖1.15）。這個突然的意義重大的反向導通就是反向擊穿，如果沒有一些外在的措施來限制電流的話，它可能導致器件的損壞。反向擊穿通常設置了固態(tài)器件的最大工作電壓。然而，如果采取適當?shù)念A防措施來限制電流的話，反向擊穿的結能作為一個非常穩(wěn)定的參考電壓。

導致反向擊穿的一個機制是avalanche mulTIplicaTIon.考慮一個反向偏置的PN結。耗盡區(qū)隨著偏置上升而加寬，但還不夠快到阻止電場的加強。強大的電場加速了一些載流子以非常高的速度穿過耗盡區(qū)。當這些載流子碰撞到晶體中的原子時，他們撞擊松的價電子且產生了額外的載流子。因為一個載流子能通過撞擊來產生額外的成千上外的載流子就好像一個雪球能產生一場雪崩一樣，所以這個過程叫avalanche mulTIplicaTIon。

反向擊穿的另一個機制是tunneling.Tunneling是一種量子機制過程，它能使粒子在不管有任何障礙存在時都能移動一小段距離。如果耗盡區(qū)足夠薄，那么載流子就能靠tunneling跳躍過去。Tunneling電流主要取決于耗盡區(qū)寬度和結上的電壓差。Tunneling引起的反向擊穿稱為齊納擊穿。

結的反向擊穿電壓取決于耗盡區(qū)的寬度。耗盡區(qū)越寬需要越高的擊穿電壓。就如先前討論的一樣，摻雜的越輕，耗盡區(qū)越寬，擊穿電壓越高。當擊穿電壓低于5伏時，耗盡區(qū)太薄了，主要是齊納擊穿。當擊穿電壓高于5伏時，主要是雪崩擊穿。設計出的主要工作于反向導通的狀態(tài)的PN二極管根據(jù)占主導地位的工作機制分別稱為齊納二極管或雪崩二極管。齊納二極管的擊穿電壓低于5伏，而雪崩二極管的擊穿電壓高于5伏。通常工程師們不管他們的工作原理都把他們稱為齊納管。因此主要靠雪崩擊穿工作的7V齊納管可能會使人迷惑不解。

實際上，結的擊穿電壓不僅和它的摻雜特性有關還和它的幾何形狀有關。以上討論分析了一種由兩種均勻摻雜的半導體區(qū)域在一個平面相交的平面結。盡管有些真正的結近似這種理想情況，大多數(shù)結是彎曲的。曲率加強了電場，降低了擊穿電壓。曲率半徑越小，擊穿電壓越低。這個效應對薄結的擊穿電壓由很大的影響。大多數(shù)肖特基二極管在金屬-硅交界面邊緣有一個很明顯的斷層。電場強化能極大的降低肖特基二極管的測量擊穿電壓，除非有特別的措施能削弱Schottky barrier邊緣的電場。

齊納二極管原理及使用_齊納二極管怎么使用_齊納二極管使用電路圖齊納二極管怎么使用穩(wěn)壓二極管要工作有兩個條件：

1、反向加在穩(wěn)壓二極管上的電壓要大于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。

2、通過穩(wěn)壓管的電流要達到其工作條件（也就是反向電流要足夠大，一般至少是幾個mA）。

穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路圖

由硅穩(wěn)壓管組成的簡單穩(wěn)壓電路如圖5- l9（a）所示。硅穩(wěn)壓管DW與負載Rfz，并聯(lián)，R1為限流電阻。

這個電路是怎樣進行穩(wěn)壓的呢？

若電網電壓升高，整流電路的輸出電壓Usr也隨之升高，引起負載電壓Usc 升高。由于穩(wěn)壓管DW與負載Rfz并聯(lián)，Usc 只要有根少一點增長，就會使流過穩(wěn)壓管的電流急劇增加，使得I1也增大，限流電阻R1上的電壓降增大，從而抵消了Usr的升高，保持負載電壓Usc 基本不變。反之，若電網電壓降低，引起Usr下降，造成Usc 也下降，則穩(wěn)壓管中的電流急劇減小，使得I1減小，R1上的壓降也減小，從而抵消了Usr的下降，保持負載電壓Usc 基本不變。

若Usr 不變而負載電流增加，則R1上的壓降增加，造成負載電壓Usc 下降。Usc 只要下降一點點，穩(wěn)壓管中的電流就迅速減小，使R1上的壓降再減小下來，從而保持R1上的壓降基本不變，使負載電壓Usc 得以穩(wěn)定。

綜上所述可以看出，穩(wěn)壓管起著電流的自動調節(jié)作 用，而限流電阻起著電壓調整作用。穩(wěn)壓管的動態(tài)電阻越小，限流電阻越大，輸出電壓的穩(wěn)定性越好。

齊納二極管使用注意事項

1、要注意一般二極管與穩(wěn)壓二極管的區(qū)別方法。不少的一般二極管，特別是玻璃封裝的管，外形顏色等與穩(wěn)壓二極管較相似，如不細心區(qū)別，就會使用錯誤。區(qū)別方法是：看外形，不少穩(wěn)壓二極管為園柱形，較短粗，而一般二極管若為園柱形的則較細長；看標志，穩(wěn) 壓二極管的外表面上都標有穩(wěn)壓值，如5V6，表示穩(wěn)壓值為5.6V；用萬用表進行測量，根據(jù)單向導電性，用X1K擋先把被測二極管的正負極性判斷出來，然后用X10K擋，黑表筆接二極管負極，紅表筆接二極管正極，測的阻值與X1K擋時相比，若出現(xiàn)的反向阻值很大，為一般二極管的可能性很大，若出現(xiàn)的反向阻值變得很小，則為穩(wěn)壓二極管。

2、注意穩(wěn)壓二極管正向使用與反向使用的區(qū)別。穩(wěn)壓二極管正向導通使用時，與一般二極管正向導通使用時基本相同，正向導通后兩端電壓也是基本不變的，都約為0.7V。從理論上講，穩(wěn)壓二極管也可正向使用做穩(wěn)壓管用，但其穩(wěn)壓值將低于1V，且穩(wěn)壓性能也不好，一般不單獨用穩(wěn)壓管的正向導通特性來穩(wěn)壓，而是用反向擊穿特性來穩(wěn)壓。反向擊穿電壓值即為穩(wěn)壓值。有時將兩個穩(wěn)壓管串聯(lián)使用，一個利用它的正向特性，另一個利用它的反向特性，則既能穩(wěn)壓又可起溫度補償作用，以提高穩(wěn)壓效果。

3、要注意限流電阻的作用及阻值大小的影響。在穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路中，一般都要串接一個電阻R，如圖1或2示。該電阻在電路中起限流和提高穩(wěn)壓效果的作用。若不加該電阻即當R=0時，容易燒壞穩(wěn)壓管，穩(wěn)壓效果也會極差。限流電阻的阻值越大，電路穩(wěn)壓性能越好，但輸入與輸出壓差也會過大，耗電也就越多。

4、要注意輸入與輸出的壓差。正常使用時，穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的輸出電壓等于穩(wěn)壓管反向擊穿后兩端的穩(wěn)壓值，若輸入到穩(wěn)壓電路中的電壓值小于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值，則電路將失去穩(wěn)壓作用，只有是大于關系時，才有穩(wěn)壓作用，并且壓差越大，限流電阻的阻值也應越大，否則會損壞穩(wěn)壓管。

5、穩(wěn)壓管可串聯(lián)使用。幾個穩(wěn)壓管串聯(lián)后，可獲得多個不同的穩(wěn)壓值，故串聯(lián)使用較常見。下面舉例說明兩個穩(wěn)壓管串聯(lián)使用后，如何求得穩(wěn)壓值。若一個穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為5.6V，另一個穩(wěn)壓值為3.6V，設穩(wěn)壓管正向導通時電壓均為0.7V，則串聯(lián)后共有四種不同的穩(wěn)壓值，如圖1示。

6、穩(wěn)壓管一般不并聯(lián)使用。幾個穩(wěn)壓管并聯(lián)后，穩(wěn)壓值將由最低（包括正向導通后的電壓值）的一個來決定。還是以上述兩個穩(wěn)壓管為例，來說明穩(wěn)壓值的計算方法。兩個并聯(lián)后共有四種情況，穩(wěn)壓值只有兩個，如圖2示。除非特殊情況，穩(wěn)壓二極管都不并聯(lián)使用。

本系列齊納二極管采用方便的表面貼裝塑料SOT-23封裝。這些裝置設計用于提供最小空間要求的電壓調節(jié)。它們非常適用于手機、手持便攜設備和高密度PC板等應用。
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