什么是齐纳二极管？齐纳二极监工作事理详解+参数解读入股不亏_电压_电流

什么是齐纳二极管？

齐纳二极管是二极管中的一种，P型半导体和N型半导体领悟在一起形成PN结，在PN结周围，形成具有反相离子的耗尽层。

齐纳二极管与大略二极管之间的差异紧张有2点：1、掺杂程度，大略二极管是中度掺杂，齐纳二极管是重掺杂，以实现更高的击穿电压。
掺杂程度的不同这有助于它们在不同电压水平下事情的规格。

2、导电情形，由于齐纳二极管高掺杂，与大略二极管的PN结比较，齐纳二极管PN结的耗尽层很薄，这为齐纳二极管供应了分外的特性，在正向和反向偏置条件下都可以导电。

齐纳二极管实物图和电路符号

齐纳二极管电路图

齐纳二极管电路符号图

齐纳二极监工作事理

齐纳二极管在正向偏置时的浸染类似于普通二极管。
然后，一旦反向电压即是其额定电压，就会许可电流反向流动。

齐纳二极管直流电压表示图

击穿事情的齐纳二极管充当电压调节器，由于它在指定的反向电流值范围内跨其端子保持险些恒定的电压，该电压即是齐纳电压。
由反向击穿产生的齐纳二极管两端的恒定电压降由直流电压符号表示。

齐纳二极管的正向特性类似于大略的二极管，正向电流是正向压降的指数函数。
电压降的眇小变革会导致电流快速上升。
常日，PN 结上 0.8伏的电压降足以使齐纳二极管正向偏置。
正向偏置的齐纳二极管如下所示：

正向偏置齐纳二极管

普通二极管在反向偏置模式下事情时，不会有电流流过。
在这种情形下，大量电子流可能会破坏二极管。
然而，在齐纳二极管中，由于PN结的薄耗尽层产生的强电场而发生齐纳击穿。
发生齐纳击穿的电压称为VZ（齐纳电压）。

根据运用和电压哀求，生产的齐纳二极管具有不同级别的齐纳电压。
一旦发生齐纳击穿，反向电压的进一步增加不会导致任何进一步的电压低落，并且在一定的电压水平上保持恒定，直到发生雪崩击穿。

简而言之，对付反向偏置的齐纳二极管，它从0V到齐纳电压 (VZ )保持关闭（少量电流流动）。
从 VZ到雪崩击穿，施加电压的眇小变革会导致反向电流快速增加。
反向偏置齐纳二极管如下图所示：

反向偏置齐纳二极管

范例齐纳二极管的特性如下图所示：

齐纳二极监工作特性-齐纳击穿，雪崩击穿

齐纳二极管的事情事理取决于二极管在反向偏置条件下击穿的缘故原由。
要想更多理解齐纳二极管的事情事理，就必须要理解齐纳二极管中的两种反向击穿：雪崩和齐纳击穿。

击穿电压小于约 5 V 的齐纳二极管常日在齐纳击穿中事情。
那些击穿电压大于约 5 V 的设备常日在雪崩击穿中事情。

齐纳二极管齐纳和雪崩击穿图

当向 PN 结施加高值的反向电压时，自由电子得到足够的能量并以高速加速。
这些高速运动的自由电子会碰撞其他原子并击落更多的电子。
由于这种连续的碰撞，二极管中的电流迅速增加，从而产生大量的自由电子。

电流的这种溘然增加可能会永久性地毁坏正常的二极管，但是，齐纳二极管被设计为在雪崩击穿下事情，并且可以承受电流的溘然尖峰。
雪崩击穿发生在齐纳电压 (Vz) 大于6V 的齐纳二极管中。

对付具有大击穿电压的轻掺杂二极管，电压击穿也发生在反向偏置条件下，最低为8V。
流经二极管的电子与共价键中的电子发生碰撞，从而毁坏它。
电子的速率随着电压的增加而增加，这意味着共价键可以更随意马虎地被毁坏。
还应把稳，雪崩击穿电压随温度升高。

齐纳二极管的雪崩击穿事理图

当施加的反向偏压靠近齐纳电压时，耗尽区的电场强度足以将电子从其价带中拉出。
从耗尽区的强电场中得到足够能量的价电子分开母原子。
在齐纳击穿区，电压的小幅增加会导致电流的快速增加。

齐纳击穿常日发生在具有大电场和低击穿电压的高掺杂二极管上。
随着温度的升高，价电子得到更多的能量，因此须要更少的外向电压。
这也意味着齐纳击穿电压随温度降落。

二极管齐纳击穿机制图

在这里顺带总结一下齐纳击穿与雪崩击穿的差异，如下图所示：

雪崩击穿和齐纳击穿的差异图

齐纳二极管参数解读

很能有些分外的齐纳二极管的某些规格参数会存在不同。
这里只说一下比较常见的规格参数：

齐纳电压也称为击穿电压，是使二极管导通电流的反向偏置电压。
击穿电压的范围常日为2.4V至数百伏，详细取决于特定的齐纳二极管。

Iz-max 是在反向击穿电压下可以流过齐纳二极管的最大电流。
它的范围从 200μA 到 200A。
Iz-max 可以利用以下公式打算：

Iz=Pz/Vz

个中 Pz 是二极管可以处理的最大功率，Vz 是反向击穿电压。

Iz-min 是导致齐纳二极管击穿所需的最小电流量。
它的范围从 5mA 到 10mA。

对付每个齐纳二极管，齐纳电压 (VZ ) 是在指定的齐纳测试电流 (IZ ) 下丈量的。
例如，1N4732A 的齐纳电压范围为 4.465 至 4.935V，范例值为 4.7V，测试电流为 53mA。

保持二极管击穿电压调节所需的最小电流。
1 瓦齐纳二极管的范例值约为 0.25 至 1mA。
如果未达到此电流，二极管将无法充分击穿以坚持其额定电压。

反向泄电流是针对小于拐点电压的反向电压指定的。
这意味着齐纳二极管对付这些丈量没有反向击穿。
例如，1N4728A 中的反向电压为 1V。

额定功率是齐纳二极管可以安全耗散的最大功率。
齐纳二极管常用的额定功率包括 400 mW、500mW、1mW、3mW 和 5mW。
具有高额定功率的齐纳二极管常日很昂贵，并且它们须要额外的设备来去除多余的热量。
齐纳二极管的最大功耗 (Pzm) 可以通过给定的公式打算，

Pzm=IzVz

个中，Iz 是可以流过齐纳二极管的最大电流，Vz 是齐纳击穿电压。

齐纳电阻或齐纳阻抗是齐纳二极管为电流供应的总电阻。
齐纳电阻从反向 VI 特性图中也很明显，由于它不是完备垂直的，因此对付齐纳二极管两端电压的眇小变革，电流会发生轻微变革，而这种电压相对付电流是齐纳二极管供应的电阻。
空想情形下，它该当为零，但每个齐纳二极管都供应一定量的齐纳电阻。

齐纳二极管的齐纳阻抗由下式打算：

R=Vi-Vz/Iz

个中Vi是输入电压，Iz是通过齐纳二极管的电流，Vz是齐纳击穿电压。

纳二极管的容差被定义为靠近击穿电压的电压范围，在该范围内齐纳二极管在反向偏置中传导电流。
在制造稳压二极管的过程中，同一种稳压二极管的掺杂浓度可能会略有不同，这意味着它们的击穿电压也有细微的差别，因此同一种稳压二极管在不同的反向击穿电压值下会导通反向电流，而齐纳击穿电压的这个范围称为它们的容差。
常日，齐纳二极管的电压容差为±5%。

齐纳二极管受与其电压温度系数干系的温度变革的影响。
温度系数指定每次温度变革时齐纳电压的百分比变革。
对付给定的结温变革 (%/℃)，打算齐纳电压变革的公式为：

Vz 是标称齐纳电压，TC 是温度系数，ΔT 是温度变革

如果温度系数以 mV/℃ 表示，则 ΔVz 为：

正温度系数意味着齐纳电压的变革与温度的变革成正比。
因此，负 TC 意味着齐纳电压与温度变革成反比。

为了担保二极管的可靠性，二极管结温是关键。
纵然外壳可能足够冷，活动区域仍旧可能非常热。
因此，一些制造商指定了却本身的事情范围。
对付正常设计，常日在设备内的最大预期温度和结之间保留适当的余量。
设备内部温度将再次高于设备外部温度。
只管设备外部的环境温度可以接管，但必须把稳确保单个物品不会变得太热。

齐纳二极管有多种不同的封装。
紧张选择是在表面贴装和传统的通孔器件之间。
然而，所选择的封装常日会决定封装的散热水平，而封装是根据器件内部散热水平的哀求来选择的，详细的可以去参考干系齐纳二极管的datasheet。

齐纳二极管功能讲解+齐纳二极管利用图解

齐纳二极管的功能十分强大，在电路中有大量的运用。

下面列举出个中的一些：

最基本的齐纳二极管电路由一个齐纳二极管和一个电阻组成。
齐纳二极管供应参考电压，但必须有一个串联电阻来限定流入二极管的电流，否则大量电流会流过它并可能被毁坏。

应打算齐纳二极管电路中的电阻值，以给出所用电源电压所需的电流值。
常日，大多数低功率引线齐纳二极管的最大功耗为 400 mW。
空想情形下，电路的耗散量应小于该值的一半，但要精确运行，流入齐纳二极管的电流不应低于约 5 mA，否则它们不能精确调节。

基本电压基准齐纳二极管电路

齐纳二极管用作稳压器/稳压器

干系打算公式

对付上面给出的电路图，至少须要 12V 的 V DC才能在 1KΩ 负载下产生 7.5V 的输出。

在运算放大器的帮助下，可以设计一个变动良的电压调节电路，如下图 6所示：

利用齐纳二极管和运算放大器的改进电压调节电路

齐纳二极管放置在运算放大器的非反相输入端，将齐纳电压设置为参考电压 (V 1 )。
另一个输入，即反相 (V 2 ) 取自输出电压。

V 2电压取决于输出电压 (V out )，输出电压的任何变革都会反响在 V 2中。
负载的增加会导致输出电压低落，从而降落输入电压 (V 2 )。

运算放大器试图保持两个输入，即 V 1 =V Z和 V 2相等，并达到此条件运算放大器的输出电压（V o) 增加，从而补偿负载电压的低落。

类似地，每当负载条件降落时，V 2的增加就会导致运算放大器降落其输出电压 (V O )。
这降落了晶体管 (Q 1 ) 基极电流，因此输出电压降落。

该电路的输出电压等式由下式给出：

例如要得到 10V 的输出电压：

则须要一个齐纳电压为 5V 的齐纳二极管。

对付下图所示的电路，任何高于齐纳击穿电压的电压都会导致电流流过电阻。
该电阻上涌现电压降，该电阻器导通晶体管并短路路径。
大电流流动并打开保险丝以断开电路。

过压保护电路中的齐纳二极管

当互换电压施加到齐纳二极管时，任何高于齐纳击穿电压的电压都会被剪掉。
以相反方向串联的两个二极管会导致 AC 在正负循环中削波。
削波电路的一个例子是正弦波到方波转换器。

图 8：

限幅电路中的齐纳二极管

齐纳二极管电路技巧

齐纳二极管是一种非常灵巧和有用的电路元件。
然而，与任何其他电子元件一样，有一些提示和技巧可以让齐纳二极管发挥最佳性能。
下面列出了一些方法：

为了使齐纳二极管的电压尽可能稳定，流经齐纳二极管的电流必须保持恒定。
负载接管的电流的任何变革都必须最小化，由于这些变革会改变通过齐纳二极管的电流并导致轻微的电压变革。

负载引起的变革可以通过利用射极跟随器电路级来减少从齐纳二极管电路获取的电流，从而减少它看到的变革，这样的话可以利用更小的齐纳二极管。

提高齐纳稳定性的另一种方法是利用良好的恒流源。
仅利用一个电阻器的大略电路足以知足许多运用，但更有效的电流源可以在电路性能方面供应一些改进，由于险些不管电源轨的任何变革都可以保持电流。

在须要随温度变革保持稳定性的运用中，应选择齐纳电压基准二极管，使其电压约为 5.5 伏。
最靠近的首选值是 5.6 伏，只管 5.1 伏是另一个盛行的值，由于它靠近某些逻辑系列所需的 5 伏。

如果须要不同级别的电压，可以利用 5.6 伏齐纳二极管，并且可以利用周围的电子设备将其转换为所需的输出值。

必须担保有足够的电流利过二极管，以担保其保持在反向击穿状态。
对付范例的 400 mW 设备，必须保持大约 5 mA 的电流。

对付最小电流的准确值，应查阅特定器件和电压的datasheet。
如果未供应最小电流，则二极管将无法正常导通，全体电路将无法运行。

虽然有必要确保有足够的电流利过齐纳二极管，但不得超过最大限定。
在某些电路中，这可能是一种平衡行为，由于负载电流的变革会导致齐纳二极管电流发生变革。

应把稳不要超过最大电流或最大功耗，也可以利用射极跟随器电路来缓冲齐纳二极管并增加电流能力。

齐纳二极管非常易于利用，因此有各种各样不同的齐纳二极管电路。
当利用一些预防方法时，它们运行良好，但偶尔会引起一些问题，但遵照上述提示和技巧该当有助于避免大多数问题。

以上，便是关于齐纳二极管的事情事理，参数特性，功能运用一些阐明，希望能够帮助到大家。

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