齐纳二极管与雪崩二极管[整理版]

齐纳二极管与雪崩二极管[整理版]

齐纳二极管zener diodes(又叫稳压二极管)它的电路符号是:此二极管是一种

直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电

阻降低到一个很少的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管

是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件

使用.其伏安特性,稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就

可获得更多的稳定电压。

PN结有单向导电性，正向电阻小，反向电阻很大。当反向电压增大到一定数

值时，反向电流突然增加。就是反向电击穿。它分雪崩击穿和齐纳击穿。雪崩击

穿是PN结反向电压增大到一数值时，载流子倍增就像雪崩一样，增加得多而快。

利用这个特性制作的二极管就是雪崩二极管。

它是在外加电压作用下可以产生高频振荡的晶体管。产生高频振荡的工作原理是:利用雪崩击穿对晶体注入载流子，因载流子渡越晶片需要一定的时间，所以其

电流滞后于电压，出现延迟时间，若适当地控制渡越时间，那么，在电流和电压关

系上就会出现负阻效应，从而产生高频振荡。它常被应用于微波领域的振荡电路

中。两者击穿形式的区别:

雪崩击穿是在电场作用下，载流子能量增大，不断与晶体原子相碰，使共价键

中的电子激发形成自由电子-空穴对。新产生的载流子又通过碰撞产生自由电子-空

穴对，这就是倍增效应。1生2，2生4，像雪崩一样增加载流子。

齐纳击穿完全不同，在高的反向电压下，PN结中存在强电场，它能够直接破坏

～共价键将束缚电子分离来形成电子-空穴对，形成大的反向电流。齐纳击穿需要

的电场强度很大，只有在杂质浓度特别大的PN结才做得到。(杂质大电荷密度就大)

一般的二极管掺杂浓度没这么高，它们的电击穿都是雪崩击穿。齐纳击穿大多出现在特殊的二极管中，就是稳压二极管。

两种二极管都是工作在反向击穿区，二者的区别在于耐受暂态脉冲冲击能力和箝位电压水平等方面有所差异。防雷设计中就是应用两种二极管的伏安特性来抑制雷电过电压。

伏安特性:

分为三个工作区:正向区、反向区和击穿区。

齐纳二极管伏安特性的非线性比较差;为了抑制正、负两种极性的过电压，可以把两只雪崩二极管的阴极串联起来，封装成一体。

采用这种组装方式，可以减小单个管子间连线的寄生电感，改善箝位效果，同时也能减小体积。

反向击穿

反向击穿电压小于5V的二极管一般具有齐纳击穿过程:

反向击穿电压大于8V的二极管具有雪崩击穿过程;

反向击穿电压在5V,8V之间的二极管可能同时具有齐纳或雪崩击穿过程。

温度对两种二极管击穿电压的影响

对齐纳二极管，温度升高时，击穿电压会下降;

对雪崩二极管，温度升高时，击穿电压会上升。

对可能兼备齐纳与雪崩过程的二极管，温度升高时，击穿电压可能会下降，也可能会上升。

泄漏电流及响应时间:

泄漏电流 :

影响泄漏电流大小的主要因素是:外加反向电压的大小、管子结区的温度。

泄漏电流总是随反向电压的增大而增大。但是，击穿电压低的管子其泄漏电流明显高于击穿电压高的管子。

温度对于管子泄漏电流的影响程度也是不同的:

对于击穿电压低的管子，不同温度下IL,UR特性曲线是相互靠近的，且随着反向电压的增大，各温度下的特性曲线更加靠近，即温度的影响进一步减小。

对于击穿电压高的管子，泄漏电流的绝对值很小，但温度变化对泄漏电流引起的相对变化是明显的。

响应时间 :

响应时间是表征齐纳二极管和雪崩二极管性能的一个重要的指标，为了得到可靠的保护，响应时间总是越小越好。

相对于气体放电管和压敏电阻来说，齐纳二极管和雪崩二极管的响应时间是非常短的。

寄生电容及其减小方法

一、寄生电容

齐纳二极管和雪崩二极管的寄生电容存在于管子的结区间，它主要由管子结面、半导体材料的电阻率与介电常数，外加电压来确定。

管子的功率对寄生电容也有影响。管子的功率增大，结的面积也相应增大，以便减小热阻，提高通流能力，于是管子的寄生电容也会增大。

二、减小寄生电容的方法

将普通二极管与雪崩二极管串联使用，普通二极管的寄生电容很小，约为

50pF，串联后的支路电容将有大幅度的减小。

箝位电压与脉冲功率

一、箝位电压

齐纳二极管与雪崩二极管的击穿限压主要用反向击穿电压UZ和反向击穿电流IZ来表征。

管子击穿电压UZ的偏差范围: ?5%,?10%

二、脉冲功率

一般二极管的稳态耗散功率在0.4W,5W之间，但遇到暂态脉冲冲击时，管子能够吸收的暂态脉冲功率比稳态耗散功率大几百倍。

管子的脉冲功率在10/1000us的脉冲波形下定义为最大脉冲电流峰值Ipk与最大箝位电压Ucm的乘积。

当考虑管子的额定脉冲功率的参数时，要考虑到实际的暂态脉冲波形。如果实际脉冲的持续时间比10/1000us的短，则管子可以吸收比额定脉冲功率值更大的暂态功率，管子自身不会被损坏。一只典型的雪崩二极管在8/20us波形下能够通过的最大脉冲电流要比它在10/1000us波形下能够通过的最大脉冲电流大6~10倍。

噪音和损坏形式

一、噪音

齐纳二极管或雪崩二极管工作于伏安特性曲线上转折点附近小电流区时，可能会产生噪音。

即使电流变化比较小，相应的电压也会出现跳变，这样就产生了噪音压。

为了避免噪音干扰的产生，要根据具体设备的正常运行电压来确定管子的参数，使系统的最高运行电压峰值尽可能与管子的击穿电压值之间有足够的差值，从而使管子在系统正常运行状态下不会工作于伏安特性的转折部位，即处于弱导通状态。

反向变位电压URS:管子在泄漏区内其两端所能施加的最大电压(临界击穿时，反向电压接近但尚未达到击穿电压值)，在此电压下管子不应击穿。

最大泄漏电流IRL:在反向变位电压作用下，管子中流过的最大反向电流。

损坏形式

齐纳二极管和雪崩二极管在损坏后通常表现为短路状态，如果流过的短路电流持续的时间过长，管子本体和封装外壳可能被烧裂，从而呈现出开路状态。

不论是短路还是开路，管子一旦出现故障，就要及时更换。

暂态抑制二极管

1、具有比较大的结面积，通流能力强;

2、管体内装有特殊材料制成的散热片(散热条件好)，有利于管子吸收较大的暂态功率 ;

3、管子在抑制暂态过电压方面的特性在制造中得到了强调。

主要技术参数和选用要点

1、额定击穿电压:反向击穿电流1mA下的击穿电压。

2、最大箝位电压:管子在通过规定波形的大电流(几十至几百安)时两端出现的最高电压。

3、脉冲功率:在规定的10/1000us电流波形下，管子两端的最大箝位电压与管子中电流峰值之积。

4、反向变位电压:管子在泄漏区内其两端所能施加的最大电压(临界击穿时)，在此电压下管子不应击穿。

5、最大泄漏电流: 在反向变位电压作用下，管子中流过的最大反向电流。

选用暂态抑制二极管的注意点:

1、根据可能出现的过电压极性，确定用单极管子还是用双极管子;

2、管子的最大箝位电压低于被保护电子元件或设备的耐受电压水平。

3、管子的反向变位电压应明显高于被保护电子系统的最高运行电压峰值，不能在系统正常运行时处于弱导通状态。(避免噪音干扰的产生)

4、估计管子在抑制暂态过电压时可能吸收的最大功率，并按照暂态电流波形的实际持续时间选择管子的脉冲功率。

几种保护元件性能的比较

放电管一般用作第一级、压敏电阻用作第一、二级，暂态抑制二极管用作最末

一、二级。