齐纳二极管教程

介绍

一个正常的pn结二极管通常通过在单个半导体晶体上调节p型和n型半导体来制造。结二极管的特性表明它在很大程度上设计用于在向前操作。应用大量的正向偏压导致具有小的正向电压值的更大正向电流。

然而,反向偏置二极管不会导致电流的导通,直到达到高值的反向电压。如果反向电压足够大,则发生故障并且反向电流开始流动。当发生这种故障时,普通的结二极管通常受损。齐纳二极管中的电流流量由少数抗磁载流子控制在反向偏置条件下,因此它们也可以称为分解二极管。

1.PN结二极管反向偏置连接

在特定的制造条件下,形成一种特殊类型的二极管,当击穿电压增加时不会被破坏,因为电流不超过一个确定的限制,以防止过热的情况。这种设备被称为稳压二极管

Zener二极管以贝伦Melvin齐纳的命名为贝​​尔实验室,他发现这种电气性质。这些二极管是一种独特的二极管,在制造时具有重掺杂浓度的二极管。由于重掺杂,产生了大量的自由电子和电子孔,并且负责导致由于少数载波在反向偏置中的导电电流。

这些二极管被设计成具有非常陡峭的雪崩特性。齐纳二极管是重掺杂硅二极管,不像普通二极管在相对较低的电压下表现出脉冲反向击穿。

齐纳二极管允许电流以与理想二极管相似的方式正向流动,也允许电流在电压高于一定值(即击穿电压)时反向流动。这个电压也可以称为齐纳膝电压或齐纳电压。

如果二极管两端电压升高,温度升高,晶体离子振幅增大,所有这些都会导致耗尽层的击穿。当击穿发生时,反向电流会急剧增加。大量变化的反向电流可以通过二极管而不损坏它。

因此,齐纳二极管旨在在反向击穿区域中起作用的反向击穿电压(VZ),其范围为2.4 V至200 V。VZ的值取决于掺杂浓度。当达到齐纳电压时,齐纳二极管将电流从其阴极端子传导到其阳极端子。

击穿电压或齐纳二极管上的齐纳电压相当稳定。反向电流的最大量受二极管额定瓦数的限制。

有许多不同种类的齐纳二极管。它们通过功耗,标称工作电压,正电流,正向电压,包装型和最大反向电流分类。工作齐纳膝关节电压的一般值为5.1 V,6.2 V,15 V等。前电流可以从200UA到200A的范围内,最常见的前进电流为10mA或200mA。

齐纳二极管发现它在几种应用中使用。它们广泛用作电子电路中的电压参考二极管,允许准备简单且稳定的参考电压稳压电路,以及它们便宜且易于制造。

它们可以用作用于器件保护的浪涌抑制器,用于剪切不需要的波形,在不同的切换操作中,作为参考元件,它们可用于去除可能损坏电路的尖峰或使其导致其过载。

齐纳二极管的反向不变的电压使它作为一个非常有用的组件在控制输出电压与负载电阻的变化或变化从一个不稳定的电压源提供的输入电压电池等可再生能源系统的银行将根据电荷状态的波动银行。通过齐纳二极管的电流将改变,以保持电压在齐纳动作的可调阈值限制内。

制造商根据其VZ值和室温下的最大功耗,即25ºC,制造商速率齐纳二极管。这是齐纳二极管可以安全地传导电流的最大反向电流的指示。每个齐纳膝盖电压值通常以最低齐纳电流指定。结果,功耗值用于指示安全操作范围。功率耗散额定值的典型值为150mW至50W。

齐纳二极管可以通过观察阴极端黑色环形的端子来识别。如果二极管是SMD组件,那么一个彩色波段将可用于阴极端子。通过识别器件上标记的齐纳二极管代码,我们可以确定它的值。

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齐纳二极管I-V特性曲线

在前向偏置条件下,齐纳二极管的表现类似于指定电流和功率限制的理想二极管,但是在反向偏置条件下不同,其中齐纳二极管在反向偏置条件下的击穿电压下具有非常陡峭的雪崩特性。

齐纳主要通过将阳极连接到电源的负端子来运行在反向偏置模式中。齐纳二极管由它们打开或开始进行反向偏置电流的电压进行分类和评分。

2.齐纳二极管符号

齐纳二极管的最大功率指定为PZ.= VZ.一世z max它是二极管的平面和结构的函数。曲线的膝盖通常近似为10%z max,即,我z分我= 0.1z max

3.齐纳二极管的I-V特性

通常,这些齐纳二极管用于调节电压。在断开齐纳二极管后的反向偏置条件下,即使我们增加输入电压,即使增加输入电压也会提供恒定的输出电压。特别有两个单独的机制可能导致齐纳二极管中的故障:

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雪崩击穿

它的电压大约在5.5伏以上。这种机制也被称为冲击电离或雪崩倍增。对于反向传导,有必要将雪崩击穿现象可视化。当对PN结施加较大的负偏置时,半导体中热产生的少数载流子就能获得足够的能量,这一过程就开始了。

结果,自由载流子获得所需的动能打破共价键,并通过与晶体粒子碰撞产生电场。在碰撞中产生的载流子有助于产生反向电流,远远超过正常的反向饱和电流,并可能拥有足够的能量参与碰撞,产生额外的电场和碰撞电离产生的雪崩效应,一旦提供足够高的反向偏压,这个传导过程就像雪崩一样发生:一个电子可以电离其他几个电子。

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齐纳故障

它在大约5.5伏下占主导地位。该机制也称为高场发射机制。齐纳破裂现象与雪崩崩溃的概念有关。通过欧姆接触邻域中的重掺杂地区实现了齐纳崩溃。

这是干扰晶体原子的共价键和增加反向偏压齐纳二极管电流的第二种方法,以维持在一个比普通二极管低得多的比电压。反向偏置电压称为齐纳电压,这种机制是由二极管掺杂浓度决定的,当耗尽层的场宽度足以破坏共价键,并由于电场产生导致自由载流子数膨胀时,就会发生这种情况。

半导体中真正的齐纳效应可以用两个上能带来解释,这是很有意义的。两个上能带即导带和价带。

4.齐纳二极管的反向偏置特性

这些效果或两个机构的组合显着增加了反向偏置区域中的电流,同时在接合处的电压降在电压下降中具有可忽略的效果。当施加的反向偏置电压大于预定电压时,齐纳故障发生。

通过控制掺杂浓度和避免表面缺陷时,齐纳击穿电压尖锐,不同。击穿区域中的齐纳二极管两端的电压几乎是恒定的,这结果是调节电压的基本概念。

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稳压齐纳二极管

齐纳二极管的I-V特性使其适用于诸如电压调节器的应用。电压稳定器是元件的组合,其设计为确保电源的输出电压相当保持恒定。通过使用齐纳二极管来完成多余的电压保护,因为在反向偏置电压超过一定值之后,由于少数群体电荷载波的开始,由于少数竞争载流子的反向电流。

保持齐纳二极管与可变负载电阻R并联L.,确保恒定的输出电压,即使负载电流和电源电压变化。在实际电路中,电流源的最简单形式是电阻。使用齐纳二极管作为稳压器的关键是,只要齐纳二极管反向偏置,大于几个微安培的电流必须伴随着大于齐纳电压的电压。

这种电路的布置方式为连接到终端的设备提供了安全保障。这种调整电路的布置称为分流调整器,其中调整元件与负载并联。系统的输入电压是几个伏特,只要它是超过期望的输出电压,一个稳定的电压将通过齐纳二极管产生。

通常,反向电流不应超过正常值,但如果由于电路结构的任何故障,电流超过最大允许限值,系统将永久损坏。然而,为了避免不平衡性能,齐纳二极管用于许多测量仪器中的电压参考。

当输入电压增加时,通过齐纳二极管的电流增加,但电压下降保持不变,这是齐纳二极管所需要的必要特性。因此,电路中的反向电流增加了,电阻上的压降增加的量等于施加的输入电压和齐纳二极管的齐纳膝电压之间的差。

稳压系统的输出电压固定为齐纳二极管的齐纳膝电压,可用于需要稳压固定值的功率器件。稳压二极管将继续调节电压,直到稳压二极管电流降至最小I以下z分反向分解区域中的值。

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齐纳二极管调节器

在起爆时,根据所需电压选择齐纳二极管。在理想齐纳二极管的帮助下,电压调节器的构造很容易,只需将二极管连接在非稳压源和地之间。

源电阻rS.与齐纳二极管串联,以限制通过二极管的电流流,电压源通过连接的组合。稳压二极管的阴极端与电压源的正极端相连,使稳压二极管处于反向偏置状态,工作在击穿区。

5.齐纳二极管作为稳压器

当负载在齐纳二极管上未连接时,没有负载电流,并且由于电路引起的所有电流都将通过齐纳二极管散发最大功率,导致二极管的过热和永久性损坏。

选择合适的串联电阻R值S.也很重要,因为它也会导致更大的二极管电流,因此二极管的最大功耗不应该超过空载或高阻抗条件。

每当负载与齐纳二极管并联连接时,负载上的电压与齐纳二极管电压相同。然而,源电压必须大于齐纳电压,并且齐纳电流的上限取决于齐纳二极管的功率额定值;否则,齐纳电压将简单地跟随施加的输入电压。

齐纳二极管和电阻器也应该具有高额定电源,以处理跨电路的所有电流。如果在齐纳二极管上存在去耦电容,则在为稳定电压的直流电源提供额外的平滑时,更有用。

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齐纳二极管串联

6.齐纳二极管串联连接

当两个或两个以上的齐纳二极管以使得第一齐纳二极管的阴极连接到第二齐纳二极管的阳极时,第二齐纳二极管的阴极连接到第三齐纳二极管的阳极,例如一种连接类型被称为齐纳二极管的串联连接。在这方面,电路上的总电压等于连接中所有齐纳二极管的电压之和。

如图所示,3V齐纳二极管串联连接。这个串联的齐纳总电压是9V。对于大多数应用场合,最好选择单个齐纳二极管的齐纳电压等级。

一种通用电子电路用特性齐纳二极管,额定功率为500mW,BZX55齐纳二极管系列或更大的1.3W,BZX85齐纳系列是最常用的齐纳二极管。500mW, BZX55系列齐纳二极管一般范围从2.4伏到近100伏不等。

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稳压二极管电压

BZX55-Series:

功耗:0.5 W

零件号
齐纳电压范围
零件号
齐纳电压范围
BZX55C2V4
2.4
BZX55C15
15.
BZX55C2V7
2.7
BZX55C16
16.
BZX55C3V0
3.
BZX55C18.
18.
BZX55C3V3
3.3
BZX55C20
20.
BZX55C3V6
3.6
BZX55C22
22.
BZX55C3V9
3.9
BZX55C24
24.
BZX55C4V3
4.3
BZX55C27.
27.
BZX55C4V7
4.7
BZX55C30
30.
BZX55C5V1
5.1
BZX55C33
33.
BZX55C5V6
5.6
BZX55C36
36.
BZX55C6V2
6.2
BZX55C39.
39.
BZX55C6V8
6.8
BZX55C43
43.
BZX55C7V5
7.5
BZX55C47
47.
BZX55C8V2
8.2
BZX55C51
51.
bzx55c9v1
9.1
BZX55C56
56.
BZX55C10
10.
BZX55C62
62.
BZX55C11
11.
BZX55C68
68.
BZX55C12.
12.
BZX55C75
75.
BZX55C13
13.

BZX85-Series:

功耗:1.3 W

零件号
齐纳电压范围
零件号
齐纳电压范围
BZX85C2V7
2.7
BZX85C18
18.
bzx85c3v0.
3.
BZX85C20
20.
bzx85c3v3
3.3
BZX85C22.
22.
BZX85C3V6
3.6
BZX85C24
24.
BZX85C3V9
3.9
BZX85C27
27.
bzx85c4v3
4.3
BZX85C30
30.
bzx85c4v7
4.7
BZX85C33.
33.
BZX85C5V1
5.1
BZX85C36
36.
BZX85C5V6
5.6
BZX85C39.
39.
BZX85C6V2
6.2
BZX85C43
43.
BZX85C6V8
6.8
BZX85C47.
47.
BZX85C7V5
7.5
BZX85C51
51.
BZX85C8V2
8.2
BZX85C56
56.
bzx85c9v1
9.1
BZX85C62
62.
BZX85C10
10.
BZX85C68
68.
BZX85C11
11.
BZX85C75
75.
BZX85C12
12.
BZX85C82
82
BZX85C13
13.
BZX85C91
91
BZX85C15
15.
BZX85C100.
One hundred.
BZX85C16
16.

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齐纳二极管快船队

基于齐纳二极管的剪切电路限制了在输入端子上施加的输入波形的某部分,这些齐纳二极管剪先器通常用于保护电路和输入波形的成形。考虑如图所示的剪辑电路。如果我们要剪辑3.2 V上方的波形,我们将使用3.2 V齐纳二极管。

输出波形可以箝位在正侧大于3.2 V,并保持恒定的输出。波形在负的一面被夹在0.7 V,在那里齐纳二极管打开和作为一个硅二极管。

如图所示的二极管和电源将防止输出电压超过0.7V。齐纳二极管剪切电路用于消除电压,电压调节的幅度和尖峰的噪声,并从现有信号中制造新的波形,例如从正弦波形的峰值上平方,以获得矩形波形。

7.用全波齐纳二极管限制

将齐纳二极管反向连接,产生一个可以用作方波发生器的交流稳压器。它是最常用的齐纳二极管连接箝位波形和保护电子电路从过电压。

齐纳二极管通常在电源的输入端子上连接,在正常功能的某个点,电路中的一个齐纳二极管关闭,另一个齐纳二极管没有或非常小的影响。

另一方面,如果施加的输入电压到电路超过最大限制,则打开齐纳二极管,它将夹住施加的输入信号以保护电路。

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前-信号二极管阵列

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