您好,歡迎來電子發(fā)燒友網(wǎng)! ,新用戶?[免費(fèi)注冊(cè)]

您的位置:電子發(fā)燒友網(wǎng)>電子元器件>二極管>

齊納二極管的工作原理

2009年06月12日 11:50 本站整理 作者:佚名 用戶評(píng)論(0
關(guān)鍵字:齊納(9902)

齊納二極管工作原理

在通常情況下,反向偏置的PN結(jié)中只有一個(gè)很小的電流。這個(gè)漏電流一直保持一個(gè)常數(shù),直到反向電壓超過某個(gè)特定的值,超過這個(gè)值之后PN結(jié)突然開始有大電流導(dǎo)通(圖1.15)。這個(gè)突然的意義重大的反向?qū)ň褪欠聪驌舸?,如果沒有一些外在的措施來限制電流的話,它可能導(dǎo)致器件的損壞。反向擊穿通常設(shè)置了固態(tài)器件的最大工作電壓。然而,如果采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施來限制電流的話,反向擊穿的結(jié)能作為一個(gè)非常穩(wěn)定的參考電壓。

圖1.15 PN結(jié)二極管的反向擊穿。

??? 導(dǎo)致反向擊穿的一個(gè)機(jī)制是avalanche multiplication??紤]一個(gè)反向偏置的PN結(jié)。耗盡區(qū)隨著偏置上升而加寬,但還不夠快到阻止電場(chǎng)的加強(qiáng)。強(qiáng)大的電場(chǎng)加速了一些載流子以非常高的速度穿過耗盡區(qū)。當(dāng)這些載流子碰撞到晶體中的原子時(shí),他們撞擊松的價(jià)電子且產(chǎn)生了額外的載流子。因?yàn)橐粋€(gè)載流子能通過撞擊來產(chǎn)生額外的成千上外的載流子就好像一個(gè)雪球能產(chǎn)生一場(chǎng)雪崩一樣,所以這個(gè)過程叫avalanche multiplication。

??? 反向擊穿的另一個(gè)機(jī)制是tunneling。Tunneling是一種量子機(jī)制過程,它能使粒子在不管有任何障礙存在時(shí)都能移動(dòng)一小段距離。如果耗盡區(qū)足夠薄,那么載流子就能靠tunneling跳躍過去。Tunneling電流主要取決于耗盡區(qū)寬度和結(jié)上的電壓差。Tunneling引起的反向擊穿稱為齊納擊穿。

??? 結(jié)的反向擊穿電壓取決于耗盡區(qū)的寬度。耗盡區(qū)越寬需要越高的擊穿電壓。就如先前討論的一樣,摻雜的越輕,耗盡區(qū)越寬,擊穿電壓越高。當(dāng)擊穿電壓低于5伏時(shí),耗盡區(qū)太薄了,主要是齊納擊穿。當(dāng)擊穿電壓高于5伏時(shí),主要是雪崩擊穿。設(shè)計(jì)出的主要工作于反向?qū)ǖ臓顟B(tài)的PN二極管根據(jù)占主導(dǎo)地位的工作機(jī)制分別稱為齊納二極管或雪崩二極管。齊納二極管的擊穿電壓低于5伏,而雪崩二極管的擊穿電壓高于5伏。通常工程師們不管他們的工作原理都把他們稱為齊納管。因此主要靠雪崩擊穿工作的7V齊納管可能會(huì)使人迷惑不解。

??? 實(shí)際上,結(jié)的擊穿電壓不僅和它的摻雜特性有關(guān)還和它的幾何形狀有關(guān)。以上討論分析了一種由兩種均勻摻雜的半導(dǎo)體區(qū)域在一個(gè)平面相交的平面結(jié)。盡管有些真正的結(jié)近似這種理想情況,大多數(shù)結(jié)是彎曲的。曲率加強(qiáng)了電場(chǎng),降低了擊穿電壓。曲率半徑越小,擊穿電壓越低。這個(gè)效應(yīng)對(duì)薄結(jié)的擊穿電壓由很大的影響。大多數(shù)肖特基二極管在金屬-硅交界面邊緣有一個(gè)很明顯的斷層。電場(chǎng)強(qiáng)化能極大的降低肖特基二極管的測(cè)量擊穿電壓,除非有特別的措施能削弱Schottky barrier邊緣的電場(chǎng)。

??? 圖1.16是以上所討論的所有的電路符號(hào)。PN結(jié)用一根直線代表陰極,而肖特基二極管和齊納二極管則對(duì)陰極端做了一些修飾。在所有這些圖例中,箭頭的方向都表示了二極管正向偏置下的電流方向。在齊納二極管中,這個(gè)箭頭可能有些誤導(dǎo),因?yàn)辇R納管通常工作在反向偏置狀態(tài)下。對(duì)于casual observer來說,這個(gè)符號(hào)出現(xiàn)時(shí)旁邊應(yīng)該再插入一句“方向反了”。

圖1.16 PN結(jié),肖特基,和齊納二極管的電路圖符號(hào)。有些電路圖符號(hào)中箭頭是空心的或半個(gè)箭頭。


經(jīng)??吹絾栮P(guān)于穩(wěn)壓管(齊納管)的問題,所以略做總結(jié)。

齊納管一般有兩種用法(以下IZ為工作電流,UZ為標(biāo)稱穩(wěn)壓電壓,UW為實(shí)際工作電壓):
1 正常工作時(shí)處于"導(dǎo)通"狀態(tài),IZ≥0.1mA量級(jí),此時(shí)齊納管起穩(wěn)壓作用,UW≈UZ。
2 正常工作時(shí)處于"截止"狀態(tài),即UW

??? 其實(shí)常用齊納管主要分兩類,一類就是通常所謂的"穩(wěn)壓管",另一類是TVS類器件。前者通常是第一種用法,后者通常是第二種用法。但也不絕對(duì),兩者只是特性參數(shù)各有特點(diǎn)。普通的穩(wěn)壓管同樣可以用作保護(hù)器件,只是響應(yīng)速度差一些,不適合需要抑制極高速度脈沖干擾的場(chǎng)合。TVS也可以拿來當(dāng)穩(wěn)壓管用,當(dāng)然也不合適。

總結(jié)一下,我發(fā)現(xiàn)初學(xué)者常犯如下幾種錯(cuò)誤:
1. 把齊納管特性想得太美好:當(dāng)UW7V),那曲線還湊合,換個(gè)低壓的,例如3V的,那實(shí)際曲線真是夠"柔美"的,1.5V電壓時(shí)就有很大電流了,直到IZ增加到數(shù)十mA,UZ才懶洋洋地達(dá)到標(biāo)稱值,簡(jiǎn)直就是個(gè)拋物線嘛。
2. 用齊納管做保護(hù)的,一不懂世間萬事皆有代價(jià),這里的代價(jià)就是漏電流IR("截止"狀態(tài)下的IZ):IR>0;二不懂世間萬事皆須留有余地,這里的余地就是確保"截止"的電壓余量UM:UM=UZ-UW>0(IR→很小);三不懂世間萬事皆有彈性(讓步),這里的彈性就是導(dǎo)通狀態(tài)下UW隨著IZ增加的增量UP:UP=UW-UZ>0(IR→很大)。而且即使留了余地,付出了代價(jià),仍然要做讓步。要減小IR,就要提高ΔU,也就是選高UZ的管子,但這樣又會(huì)降低保護(hù)的"力度"。
3. 不明白齊納管動(dòng)態(tài)內(nèi)阻dV/dI>0,即UZ會(huì)隨IZ增加。這就不多說了。
4. 不明白齊納管的反應(yīng)是比較遲鈍的,UW變化了,IZ并不會(huì)立即跟著變,而是有延遲。而且有結(jié)電容,而且結(jié)電容有時(shí)還相當(dāng)大。按教科書上的電路圖,把齊納管接到運(yùn)放反饋臂上做限幅,還為自己能靈活運(yùn)用運(yùn)放的負(fù)反饋技術(shù)而沾沾自喜。但輸入個(gè)幾MHz的方波后,發(fā)現(xiàn)輸出全不是那么回事,就懵了。

從這幾條可以總結(jié)出一些原則:
1. 盡量避免使用低壓齊納管。
2. 用齊納管做保護(hù)要合理選擇UZ,使UWMAX+UM3. 設(shè)計(jì)電路要有"動(dòng)態(tài)"的概念,電路跟人,跟一切機(jī)器一樣都有反應(yīng)遲鈍的問題,區(qū)別只在于"更遲鈍"和"更不遲鈍"。
4. 記住墨菲定律:"事情凡是能夠更糟糕的,就一定會(huì)更糟糕"。

非常好我支持^.^

(79) 76%

不好我反對(duì)

(25) 24%

( 發(fā)表人:admin )

      發(fā)表評(píng)論

      用戶評(píng)論
      評(píng)價(jià):好評(píng)中評(píng)差評(píng)

      發(fā)表評(píng)論,獲取積分! 請(qǐng)遵守相關(guān)規(guī)定!

      ?