齊納二極管與雪崩二極管

1、齊納二極管zener diodes（又叫穩(wěn)壓二極管）它的電路符號(hào)是:此二極管是一種直到臨界反向擊 穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件.在這臨界擊穿點(diǎn)上，反向電阻降低到一個(gè)很少的數(shù)值, 在這個(gè)低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定，穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的，因?yàn)檫@種 特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用.其伏安特性，穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來 以便在較高的電壓上使用，通過串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。PN結(jié)有單向?qū)щ娦?，正向電阻小，反向電阻很大。?dāng)反向電壓增大到一定數(shù)值 時(shí)，反向電流突然增加。就是反向電擊穿。它分雪崩擊穿和齊納擊穿。雪崩擊穿是PN結(jié) 反向電壓增大到一數(shù)值時(shí)，載流子倍增就像雪

2、崩一樣，增加得多而快。利用這個(gè)特性制作 的二極管就是雪崩二極管。它是在外加電壓作用下可以產(chǎn)生高頻振蕩的晶體管。產(chǎn)生高頻振蕩的工作原理是： 利用雪崩擊穿對(duì)晶體注入載流子，因載流子渡越晶片需要一定的時(shí)間，所以其電流滯后于電 壓，出現(xiàn)延遲時(shí)間，若適當(dāng)?shù)乜刂贫稍綍r(shí)間，那么，在電流和電壓關(guān)系上就會(huì)出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)， 從而產(chǎn)生高頻振蕩。它常被應(yīng)用于微波領(lǐng)域的振蕩電路中。兩者擊穿形式的區(qū)別：雪崩擊穿是在電場(chǎng)作用下，載流子能量增大，不斷與晶體原子相碰，使共價(jià)鍵中的電 子激發(fā)形成自由電子-空穴對(duì)。新產(chǎn)生的載流子又通過碰撞產(chǎn)生自由電子-空穴對(duì)，這就是倍 增效應(yīng)。1生2, 2生4,像雪崩一樣增加載流子。齊納擊穿完全不同

3、，在高的反向電壓下，PN結(jié)中存在強(qiáng)電場(chǎng)，它能夠直接破壞！共 價(jià)鍵將束縛電子分離來形成電子-空穴對(duì)，形成大的反向電流。齊納擊穿需要的電場(chǎng)強(qiáng)度很 大，只有在雜質(zhì)濃度特別大的PN結(jié)才做得到。（雜質(zhì)大電荷密度就大）一般的二極管摻雜濃度沒這么高，它們的電擊穿都是雪崩擊穿。齊納擊穿大多出現(xiàn) 在特殊的二極管中，就是穩(wěn)壓二極管。兩種二極管都是工作在反向擊穿區(qū)，二者的區(qū)別在于耐受暫態(tài)脈沖沖擊能力和箝位 電壓水平等方面有所差異。防雷設(shè)計(jì)中就是應(yīng)用兩種二極管的伏安特性來抑制雷電過電壓。 伏安特性：分為三個(gè)工作區(qū)：正向區(qū)、反向區(qū)和擊穿區(qū)。齊納二極管伏安特性的非線性比較差；為了抑制正、負(fù)兩種極性的過電壓，可以把兩 只雪

4、崩二極管的陰極串聯(lián)起來，封裝成一體。采用這種組裝方式，可以減小單個(gè)管子間連線的寄生電感，改善箝位效果，同時(shí)也能 減小體積。反向擊穿反向擊穿電壓小于5V的二極管一般具有齊納擊穿過程：反向擊穿電壓大于8V的二極管具有雪崩擊穿過程；反向擊穿電壓在5V8V之間的二極管可能同時(shí)具有齊納或雪崩擊穿過程。溫度對(duì)兩種二極管擊穿電壓的影響對(duì)齊納二極管，溫度升高時(shí)，擊穿電壓會(huì)下降；對(duì)雪崩二極管，溫度升高時(shí)，擊穿電壓會(huì)上升。對(duì)可能兼?zhèn)潺R納與雪崩過程的二極管，溫度升高時(shí)，擊穿電壓可能會(huì)下降，也可能會(huì) 上升。泄漏電流及響應(yīng)時(shí)間：泄漏電流:影響泄漏電流大小的主要因素是：外加反向電壓的大小、管子結(jié)區(qū)的溫度 泄漏電流總是隨反

5、向電壓的增大而增大。但是，擊穿電壓低的管子其泄漏電流明顯高于擊穿電壓高的管子。溫度對(duì)于管子泄漏電流的影響程度也是不同的：對(duì)于擊穿電壓低的管子，不同溫度下ILUR特性曲線是相互靠近的，且隨 著反向電壓的增大，各溫度下的特性曲線更加靠近，即溫度的影響進(jìn)一步減小。對(duì)于擊穿電壓高的管子，泄漏電流的絕對(duì)值很小，但溫度變化對(duì)泄漏電流引起 的相對(duì)變化是明顯的。響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間是表征齊納二極管和雪崩二極管性能的一個(gè)重要的指標(biāo)，為了得到可 靠的保護(hù)，響應(yīng)時(shí)間總是越小越好。相對(duì)于氣體放電管和壓敏電阻來說，齊納二極管和雪崩二極管的響應(yīng)時(shí)間是非 常短的。寄生電容及其減小方法一、寄生電容齊納二極管和雪崩二極管的寄生電

6、容存在于管子的結(jié)區(qū)間，它主要由管 子結(jié)面、半導(dǎo)體材料的電阻率與介電常數(shù)，外加電壓來確定。管子的功率對(duì)寄生電容也有影響。管子的功率增大，結(jié)的面積也相應(yīng)增大， 以便減小熱阻，提高通流能力，于是管子的寄生電容也會(huì)增大。二、減小寄生電容的方法將普通二極管與雪崩二極管串聯(lián)使用，普通二極管的寄生電容很小，約為 50pF，串聯(lián)后的支路電容將有大幅度的減小。箝位電壓與脈沖功率一、箝位電壓齊納二極管與雪崩二極管的擊穿限壓主要用反向擊穿電壓UZ和反向擊穿 電流IZ來表征。管子擊穿電壓UZ的偏差范圍：5%10%二、脈沖功率一般二極管的穩(wěn)態(tài)耗散功率在0.4W5W之間，但遇到暫態(tài)脈沖沖擊時(shí)， 管子能夠吸收的暫態(tài)脈沖功率

7、比穩(wěn)態(tài)耗散功率大幾百倍。管子的脈沖功率在10/1000us的脈沖波形下定義為最大脈沖電流峰值Ipk 與 最 大 箝 位 電 壓 Ucm 的 乘 積。 當(dāng)考慮管子的額定脈沖功率的參數(shù)時(shí)，要考慮到實(shí)際的暫態(tài)脈沖波形。如果實(shí)際脈沖的持續(xù) 時(shí)間比10/1000Us的短，則管子可以吸收比額定脈沖功率值更大的暫態(tài)功率，管子自身不會(huì) 被損壞。一只典型的雪崩二極管在8/20us波形下能夠通過的最大脈沖電流要比它在10/1000us 波形下能夠通過的最大脈沖電流大610倍。噪音和損壞形式、噪音齊納二極管或雪崩二極管工作于伏安特性曲線上轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近小電流區(qū)時(shí)，可 能會(huì)產(chǎn)生噪音。即使電流變化比較小，相應(yīng)的電壓也會(huì)出現(xiàn)

8、跳變，這樣就產(chǎn)生了噪音壓。為了避免噪音干擾的產(chǎn)生，要根據(jù)具體設(shè)備的正常運(yùn)行電壓來確定管子的參數(shù)，使系統(tǒng)的最 高運(yùn)行電壓峰值盡可能與管子的擊穿電壓值之間有足夠的差值，從而使管子在系統(tǒng)正常運(yùn)行 狀態(tài)下不會(huì)工作于伏安特性的轉(zhuǎn)折部位，即處于弱導(dǎo)通狀態(tài)。反向變位電壓URS：管子在泄漏區(qū)內(nèi)其兩端所能施加的最大電壓（臨界擊穿時(shí)，反向電壓 接近但尚未達(dá)到擊穿電壓值），在此電壓下管子不應(yīng)擊穿。最大泄漏電流IRL：在反向變位電壓作用下，管子中流過的最大反向電流。損壞形式齊納二極管和雪崩二極管在損壞后通常表現(xiàn)為短路狀態(tài)，如果流過的短路電 流持續(xù)的時(shí)間過長(zhǎng)，管子本體和封裝外殼可能被燒裂，從而呈現(xiàn)出開路狀態(tài)。不論是短路

9、還是開路，管子一旦出現(xiàn)故障，就要及時(shí)更換。暫態(tài)抑制二極管1、具有比較大的結(jié)面積，通流能力強(qiáng)；2、管體內(nèi)裝有特殊材料制成的散熱片（散熱條件好），有利于管子吸收較大的 暫態(tài)功率；3、管子在抑制暫態(tài)過電壓方面的特性在制造中得到了強(qiáng)調(diào)。主要技術(shù)參數(shù)和選用要點(diǎn)1、額定擊穿電壓：反向擊穿電流1mA下的擊穿電壓。2、最大箝位電壓：管子在通過規(guī)定波形的大電流（幾十至幾百安）時(shí)兩端出現(xiàn)的最高電壓。3、脈沖功率：在規(guī)定的10/1000us電流波形下，管子兩端的最大箝位電壓與管子中電流峰值 之積。4、反向變位電壓：管子在泄漏區(qū)內(nèi)其兩端所能施加的最大電壓（臨界擊穿時(shí)），在此電壓下 管子不應(yīng)擊穿。5、最大泄漏電流：在反向變位電壓作用下，管子中流過的最大反向電流。選用暫態(tài)抑制二極管的注意點(diǎn)：1、根據(jù)可能出現(xiàn)的過電壓極性，確定用單極管子還是用雙極管子；2、管子的最大箝位電壓低于被保護(hù)電子元件或設(shè)備的耐受電壓水平。3、管子的反向變位電壓應(yīng)明顯高于