齐纳二极管(稳压二极管)工作原理及主要参数

齐纳二极管(稳压二极管)工作原理及主要参数齐纳二极管也叫稳压二极管.一般二极管处于逆向偏压时，若电压超过PIV(逆向峰值电压)值时二极管将受到破坏，这是因为一般二极管在两端的电位差既高之下又要通过大量的电流，此时所产生的功率所衍生的热量足以使二极管烧毁。齐纳二极管就是专门被设计在崩溃区操作，是一个具有良好的功率散逸装置，可以当做电压参考或定电压组件。若利用齐纳二极管作为电压调节器，将使附载电压保持在Vz附近且几乎唯一定值，不受附载电流或电源上电压变动影响。一般二极管之崩溃电压，在制作时可以随意加以控制，所以一般齐纳二极管之崩电压(Vz)从数伏特至上百伏特都有。一般齐纳二极管在特性表或电路上除了标住Vz外，均会注明Pz也就是齐纳二极管所能承受之做大功率，也可由Pz=Vz*Iz换算出奇纳二极管可通过最大电流Iz。dz3w上有个在线计算器,电路设计时可以用来计算稳压二极管的相关参数.齐纳二极管工作原理齐纳二极管主要工作于逆向偏压区，在二极管工作于逆向偏压区时，当电压未达崩溃电压以前，二极管上并不会有电流产生，但当逆向电压达到崩溃电压时，每一微小电压的增加就会产生相当大的电流，此时二极管两端的电压就会保持于一个变化量相当微小的电压值(几乎等于崩溃电压)，下图为齐纳二极管之电压电流曲线，可由此应证上述说明。齐纳二极管(又叫稳压二极管)它的电路符号是:此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很少的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用.其伏安特性,稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压。在通常情况下，反向偏置的PN结中只有一个很小的电流。这个漏电流一直保持一个常数，直到反向电压超过某个特定的值，超过这个值之后PN结突然开始有大电流导通（图1.15）。这个突然的意义重大的反向导通就是反向击穿，如果没有一些外在的措施来限制电流的话，它可能导致器件的损坏。反向击穿通常设置了固态器件的最大工作电压。然而，如果采取适当的预防措施来限制电流的话，反向击穿的结能作为一个非常稳定的参考电压。图1.15PN结二极管的反向击穿。导致反向击穿的一个机制是avalanchemultiplication。考虑一个反向偏置的PN结。耗尽区随着偏置上升而加宽，但还不够快到阻止电场的加强。强大的电场加速了一些载流子以非常高的速度穿过耗尽区。当这些载流子碰撞到晶体中的原子时，他们撞击松的价电子且产生了额外的载流子。因为一个载流子能通过撞击来产生额外的成千上外的载流子就好像一个雪球能产生一场雪崩一样，所以这个过程叫avalanchemultiplication。反向击穿的另一个机制是tunneling。Tunneling是一种量子机制过程，它能使粒子在不管有任何障碍存在时都能移动一小段距离。如果耗尽区足够薄，那么载流子就能靠tunneling跳跃过去。Tunneling电流主要取决于耗尽区宽度和结上的电压差。Tunneling引起的反向击穿称为齐纳击穿。结的反向击穿电压取决于耗尽区的宽度。耗尽区越宽需要越高的击穿电压。就如先前讨论的一样，掺杂的越轻，耗尽区越宽，击穿电压越高。当击穿电压低于5伏时，耗尽区太薄了，主要是齐纳击穿。当击穿电压高于5伏时，主要是雪崩击穿。设计出的主要工作于反向导通的状态的PN二极管根据占主导地位的工作机制分别称为齐纳二极管或雪崩二极管。齐纳二极管的击穿电压低于5伏，而雪崩二极管的击穿电压高于5伏。通常工程师们不管他们的工作原理都把他们称为齐纳管。因此主要靠雪崩击穿工作的7V齐纳管可能会使人迷惑不解。实际上，结的击穿电压不仅和它的掺杂特性有关还和它的几何形状有关。以上讨论分析了一种由两种均匀掺杂的半导体区域在一个平面相交的平面结。尽管有些真正的结近似这种理想情况，大多数结是弯曲的。曲率加强了电场，降低了击穿电压。曲率半径越小，击穿电压越低。这个效应对薄结的击穿电压由很大的影响。大多数肖特基二极管在金属－硅交界面边缘有一个很明显的断层。电场强化能极大的降低肖特基二极管的测量击穿电压，除非有特别的措施能削弱Schottkybarrier边缘的电场。图1.16是以上所讨论的所有的电路符号。PN结用一根直线代表阴极，而肖特基二极管和齐纳二极管则对阴极端做了一些修饰。在所有这些图例中，箭头的方向都表示了二极管正向偏置下的电流方向。在齐纳二极管中，这个箭头可能有些误导，因为齐纳管通常工作在反向偏置状态下。对于casualobserver来说，这个符号出现时旁边应该再插入一句“方向反了”。图1.16PN结，肖特基，和齐纳二极管的电路图符号。有些电路图符号中箭头是空心的或半个箭头。稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊的面接触型硅晶体二极管。稳压二极管的伏安特性曲线与硅二极管的伏安特性曲线完全一样。稳压二极管的特性曲线与普通二极管基本相似，只是稳压二极管的反向特性曲线比较陡。稳压二极管的正常工作范围，是在伏安特性曲线上的反向电流开始突然上升的部分。这一段的电流，对于常用的小功率稳压管来讲，一般为几毫安至几十毫安。稳压二极管的主要参数（1）稳定电压Vz：稳定电压就是稳压二极管在正常工作时，管子两端的电压值。这个数值随工作电流和温度的不同略有改变，既是同一型号的稳压二极管，稳定电压值也有一定的分散性，例如2CW14硅稳压二极管的稳定电压为6～7.5V。（2）耗散功率PM：反向电流通过稳压二极管的PN结时，要产生一定的功率损耗，PN结的温度也将升高。根据允许的PN结工作温度决定出管子的耗散功率。通常小功率管约为几百毫瓦至几瓦。最大耗散功率PZM：是稳压管的最大功率损耗取决于PN结的面积和散热等条件。反向工作时，PN结的功率损耗为：PZ=VZ*IZ，由PZM和VZ可以决定IZmax。（3）稳定电流IZ、最小稳定电流IZmin、大稳定电流IZmax稳定电流：工作电压等于稳定电压时的反向电流；最小稳定电流：稳压二极管工作于稳定电压时所需的最小反向电流；最大稳定电流：稳压二极管允许通过的最大反向电流。(4)动态电阻rZ：其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。rz=△VZ/△IZ(5)稳定电压温度系数：温度的变化将使VZ改变，在稳压管中，当|VZ|＞7V时，VZ具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿。当|VZ|＜4V时，VZ具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿。当4V＜|VZ|＜7V时，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。稳压二极管的检测（1）正、负电极的判别从外形上看，金属封装稳压二极管管体的正极一端为平面形，负极一端为半圆面形。塑封稳压二极管管体上印有彩色标记的一端为负极，另一端为正极。对标志不清楚的稳压二极管，也可以用万用表判别其极性，测量的方法与普通二极管相同，即用万用表R×1k档，将两表笔分别接稳压二极管的两个电极，测出一个结果后，再对调两表笔进行测量。在两次测量结果中，阻值较小那一次，黑表笔接的是稳压二极管的正极，红表笔接的是稳压二极管的负极。若测得稳压二极管的正、反向电阻均很小或均为无穷大，则说明该二极管已击穿或开路损坏。（2）稳压值的测量用0~30V连续可调直流电源，对于13V以下的稳压二极管，可将稳压电源的输出电压调至15V，将电源正极串接1只1.5kΩ限流电阻后与被测稳压二极管的负极相连接，电源负极与稳压二极管的正极相接，再用万用表测量稳压二极管两端的电压值，所测的读数即为稳压二极管的稳压值。若稳压二极管的稳压值高于15V，则应将稳压电源调至20V以上。也可用低于1000V的兆欧表为稳压二极管提供测试电源。其方法是：将兆欧表正端与稳压二极管的负极相接，兆欧表的负端与稳压二极管的正极相接后，按规定匀速摇动兆欧表手柄，同时用万用表监测稳压二极管两端电压值（万用表的电压档应视稳定电压值的大小而定），待万用表的指示电压指示稳定时，此电压值便是稳压二极管的稳定电压值。若测量稳压二极管的稳定电压值忽高忽低，则说明该二极管的性不稳定。稳压二极管的应用稳压管常用在整流滤波电路之后，用于稳定直流输出电压的小功率电源设备中。稳压二极管的选用稳压二极管一般用在稳压电源中作为基准电压源或用在过电压保护电路中作为保护二极管。选用的稳压二极管，应满足应用电路中主要参数的要求。稳压二极管的稳定电压值应与应用电路的基准电压值相同，稳压二极管的最大稳定电流应高于应用电路的最大负载电流50%左右。稳压二极管的代换稳压二极管损坏后，应采用同型号稳压二极管或电参数相同的稳压二极管来更换。可以用具有相同稳定电压值的高耗散功率稳压二极管来代换耗散功率低的稳压二极管，但不能用耗散功率低的稳压二极管来代换耗散功率高的稳压二极管。例如，0.5W、6.2V的稳压二极管可以用1W、6.2V稳压二极管代换。