齊納二極管又叫穩(wěn)壓二極管，齊納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。
齊納二極管原理
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。
導(dǎo)致反向擊穿的一個(gè)機(jī)制是avalanche multiplication.考慮一個(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)。
齊納二極管怎么使用
穩(wěn)壓二極管要工作有兩個(gè)條件：
1、反向加在穩(wěn)壓二極管上的電壓要大于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。
2、通過穩(wěn)壓管的電流要達(dá)到其工作條件（也就是反向電流要足夠大，一般至少是幾個(gè)mA）。
穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路圖
由硅穩(wěn)壓管組成的簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路如圖5- l9（a）所示。硅穩(wěn)壓管DW與負(fù)載Rfz，并聯(lián)，R1為限流電阻。
這個(gè)電路是怎樣進(jìn)行穩(wěn)壓的呢？
若電網(wǎng)電壓升高，整流電路的輸出電壓Usr也隨之升高，引起負(fù)載電壓Usc 升高。由于穩(wěn)壓管DW與負(fù)載Rfz并聯(lián)，Usc 只要有根少一點(diǎn)增長(zhǎng)，就會(huì)使流過穩(wěn)壓管的電流急劇增加，使得I1也增大，限流電阻R1上的電壓降增大，從而抵消了Usr的升高，保持負(fù)載電壓Usc 基本不變。反之，若電網(wǎng)電壓降低，引起Usr下降，造成Usc 也下降，則穩(wěn)壓管中的電流急劇減小，使得I1減小，R1上的壓降也減小，從而抵消了Usr的下降，保持負(fù)載電壓Usc 基本不變。
若Usr 不變而負(fù)載電流增加，則R1上的壓降增加，造成負(fù)載電壓Usc 下降。Usc 只要下降一點(diǎn)點(diǎn)，穩(wěn)壓管中的電流就迅速減小，使R1上的壓降再減小下來，從而保持R1上的壓降基本不變，使負(fù)載電壓Usc 得以穩(wěn)定。
綜上所述可以看出，穩(wěn)壓管起著電流的自動(dòng)調(diào)節(jié)作 用，而限流電阻起著電壓調(diào)整作用。穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻越小，限流電阻越大，輸出電壓的穩(wěn)定性越好。
齊納二極管使用注意事項(xiàng)
1、要注意一般二極管與穩(wěn)壓二極管的區(qū)別方法。不少的一般二極管，特別是玻璃封裝的管，外形顏色等與穩(wěn)壓二極管較相似，如不細(xì)心區(qū)別，就會(huì)使用錯(cuò)誤。區(qū)別方法是：看外形，不少穩(wěn)壓二極管為園柱形，較短粗，而一般二極管若為園柱形的則較細(xì)長(zhǎng)；看標(biāo)志，穩(wěn) 壓二極管的外表面上都標(biāo)有穩(wěn)壓值，如5V6，表示穩(wěn)壓值為5.6V；用萬用表進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)單向?qū)щ娦裕肵1K擋先把被測(cè)二極管的正負(fù)極性判斷出來，然后用X10K擋，黑表筆接二極管負(fù)極，紅表筆接二極管正極，測(cè)的阻值與X1K擋時(shí)相比，若出現(xiàn)的反向阻值很大，為一般二極管的可能性很大，若出現(xiàn)的反向阻值變得很小，則為穩(wěn)壓二極管。
2、注意穩(wěn)壓二極管正向使用與反向使用的區(qū)別。穩(wěn)壓二極管正向?qū)ㄊ褂脮r(shí)，與一般二極管正向?qū)ㄊ褂脮r(shí)基本相同，正向?qū)ê髢啥穗妷阂彩腔静蛔兊?，都約為0.7V。從理論上講，穩(wěn)壓二極管也可正向使用做穩(wěn)壓管用，但其穩(wěn)壓值將低于1V，且穩(wěn)壓性能也不好，一般不單獨(dú)用穩(wěn)壓管的正向?qū)ㄌ匦詠矸€(wěn)壓，而是用反向擊穿特性來穩(wěn)壓。反向擊穿電壓值即為穩(wěn)壓值。有時(shí)將兩個(gè)穩(wěn)壓管串聯(lián)使用，一個(gè)利用它的正向特性，另一個(gè)利用它的反向特性，則既能穩(wěn)壓又可起溫度補(bǔ)償作用，以提高穩(wěn)壓效果。
3、要注意限流電阻的作用及阻值大小的影響。在穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路中，一般都要串接一個(gè)電阻R，如圖1或2示。該電阻在電路中起限流和提高穩(wěn)壓效果的作用。若不加該電阻即當(dāng)R=0時(shí)，容易燒壞穩(wěn)壓管，穩(wěn)壓效果也會(huì)極差。限流電阻的阻值越大，電路穩(wěn)壓性能越好，但輸入與輸出壓差也會(huì)過大，耗電也就越多。
4、要注意輸入與輸出的壓差。正常使用時(shí)，穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的輸出電壓等于穩(wěn)壓管反向擊穿后兩端的穩(wěn)壓值，若輸入到穩(wěn)壓電路中的電壓值小于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值，則電路將失去穩(wěn)壓作用，只有是大于關(guān)系時(shí)，才有穩(wěn)壓作用，并且壓差越大，限流電阻的阻值也應(yīng)越大，否則會(huì)損壞穩(wěn)壓管。
5、穩(wěn)壓管可串聯(lián)使用。幾個(gè)穩(wěn)壓管串聯(lián)后，可獲得多個(gè)不同的穩(wěn)壓值，故串聯(lián)使用較常見。下面舉例說明兩個(gè)穩(wěn)壓管串聯(lián)使用后，如何求得穩(wěn)壓值。若一個(gè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為5.6V，另一個(gè)穩(wěn)壓值為3.6V，設(shè)穩(wěn)壓管正向?qū)〞r(shí)電壓均為0.7V，則串聯(lián)后共有四種不同的穩(wěn)壓值，如圖1示。
6、穩(wěn)壓管一般不并聯(lián)使用。幾個(gè)穩(wěn)壓管并聯(lián)后，穩(wěn)壓值將由最低（包括正向?qū)ê蟮碾妷褐担┑囊粋€(gè)來決定。還是以上述兩個(gè)穩(wěn)壓管為例，來說明穩(wěn)壓值的計(jì)算方法。兩個(gè)并聯(lián)后共有四種情況，穩(wěn)壓值只有兩個(gè)，如圖2示。除非特殊情況，穩(wěn)壓二極管都不并聯(lián)使用。