齐纳二极管.docx

齐纳二极管齐纳二极管的主要作用就是当作一种电压调整器，QLCO-A146提供稳定的参考电压，可应用在电源供应器、电压表与其他的仪器中。齐纳二极管的符号如图3.1所示。齐纳二极管是一种硅pn结元件，它和整流二极管不同，因为它是设计用于反向击穿区。齐纳二极管的击穿电压，可在生产制造时仔细控制掺杂的程度加以设定,其伏安特性曲线如图3.2，一般整流二极管和齐纳二极管的工作区域，是以阴影区域表示。假如齐纳二极管处于正向偏压，它就如同整流二极管一般。 齐纳击穿齐纳二极管是设计用于反向击穿区。齐纳二极管的反向击穿有两种类型，就是累增击穿和齐纳击穿。齐纳击穿则是齐纳二极管在低反向偏压时发生。如果齐纳二极管经过大量掺杂，就可降低击穿电压。这样可以产生很薄的耗尽区,结果就可在耗尽区产生很强的电场,从而导致隧道效应。当接近反向击穿电压(Vz)时，电场的强度足够将电子拉离价带，因而产生大量的电流。齐纳二极管的击穿电压若约小于5V，就会工作于反向击穿区。而那些高于5V击穿电压的齐纳二极管，则是工作于累增击穿区,两种类型都称为齐纳二极管。击穿特性 图3.3显示齐纳二极管的特性曲线的反向偏压部分。请注意当反向偏压(VR)增加，反向电流(IR)-直到曲线的膝点之前都仍然维持非常小。此时的反向电流又称为稳定电流。在这一点，击穿效应开始出现，内部的电阻值，也称为动态阻抗(Zz)，随着反向电流快速增加而开始降低。从膝点以下，反向击穿电压(vz)基本上维持定值，即使当稳定电流增加也只些微地增加。这种能够维持两端之间反向电压不变的能力，就是齐纳二极管的关键特性。当齐纳二极管工作在击穿区时就像一个电压调整器，因为它在特定的反向电流范围内，两端的电压几乎维持在固定值。为了调整电压，要让二极管维持在击穿区工作，就必须保持反向电流在最低值。可以从在图3.3中的曲线看出，当反向电流阵低到曲线的膝点以下，电压会急速地下降，因此丧失调整电压的功能。同时，当二极管的电流超过最大值IZM时，二极管可能会因为过量的功率消耗而损毁。所以，基本上当齐纳二极管的反向电流值在IZKIZM的范围内，它在两端之间会维持接近定值的电压。通常资料表中所指的稳定电压，是指当反向电流为齐纳测试电流时的电压。齐纳等效电路图3.4(a)显示齐纳二极管在反向击穿区的理想模型。它拥有等于齐纳电压的定值电压降。这个定值电压降可用一个直流电压源加以表示，事实上虽然齐纳二极管并不会产生一个电动势(emf)的电压源。这个直流电压源只是表示在反向击穿时，在二极管两端会产生一个固定电压的情况。图3.4(b)代表齐纳二极管的实际模型，这个模型包含动态阻抗(Zz)。因为实际的电压曲线并不是完全垂直的，齐纳电流的改变( Iz)会产生微小的齐纳电压变更(Vz)，如图3.4(c)所示。由欧姆定律，Vz对Iz的比率就是阻抗，如下式所示：Zz=Vz/Iz4. 温度系数温度系数( temperature coefficient)是指对每摄氏温度的改变，所造成稳定电压的变动百分比。例如，一个12V的齐纳二极管有一个正温度系数0.Ol%/，当接面温度上升一摄氏度时，稳定电压会上升1.2mV。依据提供的温度系数，接面温度的变动量，则稳定电压的变动量可由下式计算出来： Vz=VzTCT (3.2)其中，Vz是在25时的指定稳定电压，而TC是温度系数，T是温度的变动量。正值的TC意指当温度增加时，稳定电压也增加，或者温度降低时，稳定电压也随着降低。负值的意指当温度增加时，稳定电压降低，或者温度降低时，稳定电压反而增加。在某些情况下，温度系数是以mV/表示，而不以%/表示。在这些情况下，计算如下： Vz= TCT (3.3)齐纳二极管的功率消耗与额降齐纳二极管设计是以最大功率工作，称之为最大直流功率消耗。例如，1N746齐纳二极管的PD(max)=500mW，而1N3305A的PD(max)等于50W。此直流功率消耗可用下面公式求得 PD=VzIz齐纳二极管的最大功率消耗通常是定义在等于或小于某个温度（例如50）。当高于此温度时，最大功率消耗会随着降额因子而减低。降额因子是用mW/表示。最大降额功率可用下列公式计算： PD(derated)一PD(max) -(mW/)T (3.4)齐纳二极管参数表信息参数表上有关齐纳二极管（或是任何种类的电子元器件）的数量与种类的数据，皆不尽相同。对某些齐纳二极管，可从资料表上发现比其他的齐纳二极管更多的资料。图3.7提供一个例题，其中有你曾学过的类别参数，也可在一般标准参数表中找到，但是这份参数表并不完整。这份资料是有关1N4728.1N4764齐纳二极管系列。(1)电特性图3.7(a)是有关电特性( electrical characteristics)的表格，第一栏是齐纳二极管的型号。大部分的元件参数表都有这项特性数据。齐纳电压(Zener voltage)财于每个齐纳二极管的型号，在每个指定的齐纳测试电流，相对的齐纳电压则列在第二栏。Vz的标示值会随着误差不同而改变。例如，1N4738的标示值是8.2V。误差为10%时，此值可从7.38V变动到9.02V。齐纳测试电流(Zener test current)稳定电流IZT的单位是毫安，此电流是在表示的稳定电压下的测出值，其值列在图3.7(a)表格的第三栏。齐纳阻抗(Zener impedance)是在稳定测试电流，所测得的动态阻抗的欧姆值。每种齐纳二极管的ZZT值列在第四栏。动态这个名词表示它是交流数值，就是对于特定电流的变动量所造成的电压变化量ZZT=Vz/Iz。你不能用直流的VZ和IZT来计算。这个表格也包含了Zzk，这是在电流等于膝点电流IZK时，所测的阻抗。反向漏电流( reverse leakage current)的值列在表格的第五栏。漏电流是当齐纳二极管反向偏压在特性曲线膝点以下时，流过二极管的电流值。注意这些值非常的小，就如同整流二极管的情形一样。最大齐纳二极电流(maximum Zener current)最大的直流电流值IZM并没有在这份资料表中表示出来。然而，这还是僮得说明一下，因为你会在某些资料表中找到它。IZM的标示值是根据功率等级，在IZM测得的稳定电压和稳定电压误差所决定。IZM的估计值可由最大功率消耗PD(max)和在IZT的Vz，计算如下所示： IZM=PD(max)/Vz(2)图形数据有些参数表提供各种参数的图表，有些则没有。图3.7提供有关本节所讨论过概念的图表。功率降额( power derating)图3.7(b)显示此特定系列齐纳二极管的功率额降曲线。请注意，在温度50以下，齐纳二极管的最大功率消耗是1W。50以上，功率额定值会线性地降低，如图所示。例如，在140时功率额定值大约是400mW。温度系数( temperature coefficients)图3.7(c)显示在稳定电压低于12V以下，相对于稳定电压的温度系数(mV/)。这两个曲线定义了温度系数的范围。例如，6V