跳转到内容

半导体/齐纳二极管

来自维基教科书,开放世界中的开放书籍
(从 齐纳二极管 重定向)

齐纳二极管是一种二极管,它允许电流像普通二极管一样在正向方向流动,但在反向偏置时,如果电压超过额定击穿电压或“齐纳电压”,则允许电流在反向方向流动。该器件以 克拉伦斯·齐纳 的名字命名,他发现了这种电学特性。

传统的固态二极管在反向偏置低于其反向击穿电压时,不会让电流流过。超过反向偏置击穿电压,传统的二极管会因雪崩击穿而发生高电流流动。除非外部电路限制了此电流,否则二极管将永久损坏。在正向偏置较大(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电压降。电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,只是该器件经过特殊设计,使其具有大大降低的击穿电压,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,并让电流流动以保持齐纳二极管上的电压在齐纳电压。例如,一个击穿电压为 3.2V 的二极管在反向偏置时会表现出 3.2V 的电压降。但是,电流不是无限的,因此齐纳二极管通常用于为放大器级生成参考电压,或者用作低电流应用中的电压稳定器。

击穿电压可以在掺杂过程中得到相当精确的控制。可以使用 0.05% 以内的公差,尽管最常用的公差是 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。这两种类型的二极管实际上是通过相同的方式构造的,并且这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 伏特,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 伏特以上,雪崩效应变得占主导地位,并表现出正温度系数。

在 5.6V 二极管中,这两种效应同时发生,它们的温度系数恰好抵消,因此 5.6V 二极管是温度敏感应用中的首选器件。

现代制造技术已经生产出电压低于 5.6V 的器件,其温度系数可以忽略不计,但随着遇到的电压越来越高,温度系数会急剧上升。75V 二极管的系数是 12V 二极管的 10 倍。

所有这些二极管,无论击穿电压如何,通常都以“齐纳二极管”的统称进行销售。

进一步阅读

[编辑 | 编辑源代码]
华夏公益教科书