齐纳二极管(稳压二极管)工作原理及主要参数

齐纳二极管(齐纳二极管)的工作原理和主要参数齐纳二极管也称为齐纳二极管。当普通二极管处于反向偏置时，如果电压超过PIV(反向峰值电压)，二极管将被损坏，因为普通二极管将在两端的高电位差下通过大量电流，并且此时产生的功率所产生的热量足以烧坏二极管。齐纳二极管专门设计用于击穿区域。它是一种良好的功耗器件，可用作基准电压源或恒压元件。如果使用齐纳二极管作为电压调节器，附加负载电压将保持在Vz附近，几乎是唯一的固定值，并且不会受到附加负载电流或电源电压变化的影响。普通二极管的击穿电压可以在制造过程中随意控制，因此普通齐纳二极管的击穿电压(Vz)范围从几伏到几百伏。通常，除了在特性表或电路上标记Vz之外，齐纳二极管还会指示Pz，即齐纳二极管能够承受的高功率，并且还可以从Pz=Vz*Iz转换而来。齐纳二极管可以通过最大电流Iz。Dz3w有一个在线计算器，在电路设计时可以用来计算齐纳二极管的相关参数。齐纳二极管的原理齐纳二极管主要工作在反向偏置区。当二极管工作在反向偏置区域时，在电压没有达到击穿电压之前，二极管上不会产生电流。然而，当反向电压达到击穿电压时，每次轻微的电压增加都会产生相当大的电流。此时，二极管两端的电压将保持在一个电压值(几乎等于击穿电压)，略有变化。下图显示了齐纳二极管的电压-电流曲线，可用于证明上述解释。齐纳二极管(也叫齐纳二极管)它的电路符号是：这种二极管是一种具有高电阻的半导体器件，直到临界反向击穿电压。在此临界击穿点，反向电阻降至非常小的值。在这个低电阻区域，电流增加，而电压保持不变。齐纳二极管根据击穿电压分级。由于这一特性，齐纳二极管主要用作稳压器或电压参考元件。齐纳二极管的伏安特性可以串联，以便在较高的电压下使用，并且通过串联可以获得更稳定的电压。在正常情况下，反向偏置的PN结中只有很小的电流。该漏电流保持恒定，直到反向电压超过某个值，超过该值，PN结突然开始传导大电流(图1.15)。这种突然而显著的反向传导称为反向击穿，如果没有外部措施来限制电流，这可能会导致器件损坏。固态器件的反向击穿通常有一个最大工作电压。然而，如果采取适当的预防措施来限制电流，反向击穿结可以用作非常稳定的参考电压。图1.15结二极管反向击穿。导致反向击穿的一种机制是雪崩倍增。考虑反向偏置的PN结。随着偏压的增加，耗尽区变宽，但不足以阻止电场增强。强电场以非常高的速度加速一些载流子通过耗尽区。当这些载流子与晶体中的原子碰撞时，它们与松散的价电子碰撞并产生额外的载流子。这个过程被称为雪崩倍增，因为一个载体可以通过撞击产生数千个额外的载体，就像雪球可以产生雪崩一样。反向击穿的另一个机制是隧道效应。隧道效应是一种量子机制过程，它能使粒子移动一小段距离，而不受任何障碍物的影响。如果耗尽区足够薄，载流子可以通过隧道穿越。隧穿电流主要取决于耗尽区的宽度和结上的电压差。隧道效应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，击穿电压越高。如前所述，掺杂越轻，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，主要是齐纳击穿。当击穿电压高于5伏时，主要是雪崩击穿。根据主要工作机理，所设计的主要工作在反向导通状态的二极管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。通常工程师称它们为齐纳管，不管它们如何工作。因此，主要依靠雪崩击穿的7V齐纳管可能会令人困惑。事实上，结的击穿电压不仅与其掺杂特性有关，还与其几何形状有关。上面的讨论分析了平面结，其中两个均匀掺杂的半导体区域在一个平面中相交。虽然有一些真实的结近似于这种理想情况，但大多数结是弯曲的。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。这种效应极大地影响了薄结的击穿电压。大多数肖特基二极管在金属-硅界面的边缘有明显的缺陷。电场增强可以大大降低肖特基二极管的测量击穿电压，除非有特殊的措施来削弱肖特基势垒边缘的电场。图1.16显示了上面讨论的所有电路符号。PN结使用一条直线来表示阴极，而肖特基二极管和齐纳二极管对阴极端子进行了一些修改。在所有这些图示中，箭头的方向表示二极管正向偏压下的电流方向。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。对于不经意的观察者来说，当这个符号出现时，应该在它旁边插入另一个句子：“相反方向”。图1.16结、肖特基和齐纳二极管的示意符号。在某些电路图符号中，箭头是空心的或半个箭头。齐纳二极管是一种应用于反向击穿区的特殊表面接触硅晶体二极管。齐纳二极管的伏安特性曲线与硅二极管的完全相同。齐纳二极管的特性曲线与普通二极管基本相似，只是反向特性曲线更陡。齐纳二极管的正常工作范围是伏安特性曲线上的反向电流开始突然上升的部分。对于常用的低功率稳压管，该部分的电流通常为几毫安至几十毫安。齐纳二极管的主要参数(1)稳定电压Vz:稳定电压是齐纳二极管正常工作时管两端的电压值。该值随工作电流和温度的不同而略有变化。因为它是同类型的齐纳二极管，所以稳定的电压值也具有一定的分散性。例如，2CW14硅齐纳二极管的稳定电压为6 7.5v.(2)耗散功率PM:当反向电流通过齐纳二极管的PN结时，会发生一定的功率损耗，PN结的温度也会升高。根据允许的PN结工作温度，确定管的耗散功率。通常小功率管大约是几百毫瓦到几瓦。最大耗散功率PZM:是电压调节管的最大功率损耗，取决于PN结面积、散热和其他条件。在反向操作中，PN结的功率损耗是PZ=VZ*IZ，IZmax可以由PZM和VZ确定。(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：齐纳二极管在稳定电压下工作时所需的最小反向电流；最大稳定电流：齐纳二极管允许的最大反向电流。(4)动态电阻rZ:其概念与普通二极管相同，只是齐纳二极管的动态电阻是根据其反向特性计算的。rZ越小，调节器的击穿特性越陡。rz=VZ/IZ(5)稳定电压温度系数：温度变化会改变VZ。在稳压管中，当| VZ | 7 v时，VZ具有正温度系数当4v | vz | 7v时，调节器可以获得接近零的温度系数。这种齐纳二极管可以用作标准齐纳管。齐纳二极管的检测(1)判断正极和负极，从外观上看，金属封装齐纳二极管管的正极一端和负极一端为平面半圆形。印刷有彩色标记的塑料密封稳压二极管管体的一端为负极，另一端为正极。标记不清的齐纳二极管的极性也可以用万用表确定，测量方法与普通二极管相同，即用万用表R1k将两个探头分别连接到齐纳二极管的两个电极上，测量结果后，将两个探头切换进行测量。在两个测量结果中，电阻值较小的一个，黑色探针连接到齐纳二极管的正极，红色探针连接到齐纳二极管的负极。如果测得的齐纳二极管的正负电阻非常小或无穷大，则说明该二极管已损坏或被开路损坏。(2)用0-30V连续可调DC电源测量调节值。对于低于13V的稳压二极管，稳压电源的输出电压可以调整到15V。电源的正极与1.5限流电阻串联，然后与被测稳压二极管的负极连接。电源的负极与稳压二极管的正极相连。然后用万用表测量稳压二极管两端的电压值。测量的读数是调节二极管的调节值。如果齐纳二极管的调节值高于15V，调节电源应调节至20V或更高。低于1000伏的兆欧表也可以用来为齐纳二极管提供测试电源。该方法包括以下步骤：将兆欧表的正极与稳压二极管的负极连接；兆欧表的负极与稳压二极管的正极连接后，按规定匀速摇动兆欧表手柄；用万用表监测稳压二极管两端的电压值(万用表的电压档应根据稳定电压值的大小来确定)，当万用表的指示电压稳定时，该电压值即为稳压二极管的稳定电压值。如果齐纳二极管的稳定电压值被测量为高或低，则该二极管不稳定。齐纳二极管的应用稳压管通常用于小型电源设备，在整流和滤波电路后稳定DC输出电压。稳压二极管的选择稳压二极管通常在稳压电源中用作参考电压源，或者在过压保护电路中用作保护二极管。所选齐纳二极管应满足应用电路中主要参数的要求。齐纳二极管的稳定电压值应该与应用电路的参考电压值相同，并且齐