稳压二极管工作原理

稳压二极管工作原理

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)。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1.15 PN结二极管的反向击穿。

导致反向击穿的一个机制是avalanche multiplicatiON。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avalanche multiplication。

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。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。

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casual observer来说，这个符号出现时旁边应该再插入一句“方向反了”。

图1.16 PN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。

齐纳管一般有两种用法(以下IZ为工作电流，UZ为标称稳压电压，UW为实际工作电压)：

1 正常工作时处于"导通"状态，IZ≥0.1mA量级，此时齐纳管起稳压作用，UW≈UZ。

2 正常工作时处于"截止"状态，即UW

常用齐纳管分为两类，一、通常所谓的"稳压管"，二、是TVS类器件。前者通常是第一种用法，后者通常是第二种用法。但也不绝对，两者只是特性参数各有特点。普通的稳压管同样可以用作保护器件，只是响应速度差一些，不适合需要抑制极高速度脉冲干扰的场合。

初学者常犯的几种错误：

1. 把齐纳管特性想得太美好：当UW7V)，那曲线还凑合，换个低压的，例如3V的，那实际曲线真是够"柔美"的，1.5V电压时就有很大电流了，直到IZ增加到数十mA，UZ才懒洋洋地达到标称值。

2. 用齐纳管做保护的，一不懂世间万事皆有代价，这里的代价就是漏电流IR("截止"状态下的IZ)：IR>0;二不懂世间万事皆须留有余地，这里的余地就是确保"截止"的电压余量UM：UM=UZ-UW>0(IR→很小);三不懂世间万事皆有弹性(让步)，这里的弹性就是导通状态下UW随着IZ增加的增量UP：UP=UW-UZ>0(IR→很大)。而且即使留了余地，付出了代价，仍然要做让步。要减小IR，就要提高ΔU，也就是选高UZ的管子，但这样又会降低保护的"力度"。

3. 不明白齐纳管动态内阻dV/dI>0，即UZ会随IZ增加。

从这几条可以总结出一些原则：

1. 尽量避免使用低压齐纳管。

2. 用齐纳管做保护要合理选择UZ，使UWMAX+UM

3. 设计电路要有"动态"的概念，电路跟人，跟一切机器一样都有反应迟钝的问题，区别只在于"更迟钝"和"更不迟钝"。

齐纳二极管zener diodes(又叫稳压二极管)，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。在临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值，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，由于这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。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。 齐纳二极管不同于锗二极管的是：如果反向电压，有时简称为“偏压”增加到某个特殊值，对于一个微小偏压的变化，就会使电流产生一个可观的增加。引起这种效应的电压称为“击穿电压”或“齐纳电压”。2DW7型管的击穿电压在5.8-6.5V之间，极大电流是30mA。