半导体/齐纳二极管
齐纳二极管是一种二极管,它允许电流像普通二极管一样向前流动,但也允许电流在反向流动,如果电压大于额定击穿电压或“齐纳电压”。该器件以克莱伦斯·齐纳的名字命名,他发现了这种电气特性。
传统的固态二极管如果反向偏置低于其反向击穿电压,则不会让大量电流流动。通过超过反向偏置击穿电压,传统的二极管会因雪崩击穿而承受高电流流动。除非外部电路限制此电流,否则二极管将永久损坏。在大的正向偏置(电流沿箭头方向流动)的情况下,二极管由于内部电阻而表现出压降。压降的大小取决于二极管的设计。
齐纳二极管表现出几乎相同的特性,除了该器件是专门设计的,以使击穿电压大大降低,即所谓的齐纳电压。齐纳二极管包含一个重掺杂的 p-n 结,允许电子从 p 型材料的价带隧穿到 n 型材料的导带。反向偏置的齐纳二极管将表现出受控击穿,并让电流流动以使齐纳二极管上的电压保持在齐纳电压。例如,一个齐纳击穿电压为 3.2 伏的二极管,如果反向偏置,将表现出 3.2 伏的压降。然而,电流不是无限的,因此齐纳二极管通常用于为放大级产生参考电压,或用作低电流应用的稳压器。
击穿电压可以在掺杂过程中非常精确地控制。公差可以达到 0.05%,尽管最广泛使用的公差是 5% 和 10%。
另一种产生类似效果的机制是雪崩效应,如雪崩二极管中所见。这两种类型的二极管实际上是采用相同的方式制造的,并且两种效应都存在于这种类型的二极管中。在硅二极管中,高达约 5.6 伏,齐纳效应是主要的效应,并表现出明显的负温度系数。在 5.6 伏以上,雪崩效应变得占主导地位,并表现出正温度系数。
在一个 5.6 伏的二极管中,两种效应同时发生,它们的温度系数相互抵消,因此 5.6 伏的二极管是温度敏感应用的首选器件。
现代制造技术已经生产出电压低于 5.6 伏的器件,其温度系数可以忽略不计,但随着遇到更高电压的器件,温度系数会急剧上升。一个 75 伏的二极管的系数是 12 伏的二极管的 10 倍。
所有这些二极管,无论击穿电压如何,通常都在“齐纳二极管”这个总称下销售。