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齐纳二极管怎么使用

来源: dzsc
2021-12-30
类别:基础知识
eye 112
文章创建人 拍明

原标题:齐纳二极管怎么使用

  齐纳二极管又叫稳压二极管,齐纳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。

  齐纳二极管原理

  在通常情况下,反向偏置的PN结中只有一个很小的电流。这个漏电流一直保持一个常数,直到反向电压超过某个特定的值,超过这个值之后PN结突然开始有大电流导通(图1.15)。这个突然的意义重大的反向导通就是反向击穿,如果没有一些外在的措施来限制电流的话,它可能导致器件的损坏。反向击穿通常设置了固态器件的工作电压。然而,如果采取适当的预防措施来限制电流的话,反向击穿的结能作为一个非常稳定的参考电压。

  导致反向击穿的一个机制是avalanche mulTIplicaTIon.考虑一个反向偏置的PN结。耗尽区随着偏置上升而加宽,但还不够快到阻止电场的加强。强大的电场加速了一些载流子以非常高的速度穿过耗尽区。当这些载流子碰撞到晶体中的原子时,他们撞击松的价电子且产生了额外的载流子。因为一个载流子能通过撞击来产生额外的成千上外的载流子就好像一个雪球能产生一场雪崩一样,所以这个过程叫avalanche mulTIplicaTIon。

  反向击穿的另一个机制是tunneling.Tunneling是一种量子机制过程,它能使粒子在不管有任何障碍存在时都能移动一小段距离。如果耗尽区足够薄,那么载流子就能靠tunneling跳跃过去。Tunneling电流主要取决于耗尽区宽度和结上的电压差。Tunneling引起的反向击穿称为齐纳击穿。

  结的反向击穿电压取决于耗尽区的宽度。耗尽区越宽需要越高的击穿电压。就如先前讨论的一样,掺杂的越轻,耗尽区越宽,击穿电压越高。当击穿电压低于5伏时,耗尽区太薄了,主要是齐纳击穿。当击穿电压高于5伏时,主要是雪崩击穿。设计出的主要工作于反向导通的状态的PN二极管根据占主导地位的工作机制分别称为齐纳二极管或雪崩二极管。齐纳二极管的击穿电压低于5伏,而雪崩二极管的击穿电压高于5伏。通常工程师们不管他们的工作原理都把他们称为齐纳管。因此主要靠雪崩击穿工作的7V齐纳管可能会使人迷惑不解。

  实际上,结的击穿电压不仅和它的掺杂特性有关还和它的几何形状有关。以上讨论分析了一种由两种均匀掺杂的半导体区域在一个平面相交的平面结。尽管有些真正的结近似这种理想情况,大多数结是弯曲的。曲率加强了电场,降低了击穿电压。曲率半径越小,击穿电压越低。这个效应对薄结的击穿电压由很大的影响。大多数肖特基二极管在金属-硅交界面边缘有一个很明显的断层。电场强化能极大的降低肖特基二极管的测量击穿电压,除非有特别的措施能削弱Schottky barrier边缘的电场。

  

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  齐纳二极管原理及使用

  齐纳二极管怎么使用

  稳压二极管要工作有两个条件:

  1、反向加在稳压二极管上的电压要大于稳压管的稳压值。

  2、通过稳压管的电流要达到其工作条件(也就是反向电流要足够大,一般至少是几个mA)。

  稳压二极管稳压电路图

  由硅稳压管组成的简单稳压电路如图5- l9(a)所示。硅稳压管DW与负载Rfz,并联,R1为限流电阻。

  

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  齐纳二极管原理及使用

  这个电路是怎样进行稳压的呢?

  若电网电压升高,整流电路的输出电压Usr也随之升高,引起负载电压Usc 升高。由于稳压管DW与负载Rfz并联,Usc 只要有根少一点增长,就会使流过稳压管的电流急剧增加,使得I1也增大,限流电阻R1上的电压降增大,从而抵消了Usr的升高,保持负载电压Usc 基本不变。反之,若电网电压降低,引起Usr下降,造成Usc 也下降,则稳压管中的电流急剧减小,使得I1减小,R1上的压降也减小,从而抵消了Usr的下降,保持负载电压Usc 基本不变。

  若Usr 不变而负载电流增加,则R1上的压降增加,造成负载电压Usc 下降。Usc 只要下降一点点,稳压管中的电流就迅速减小,使R1上的压降再减小下来,从而保持R1上的压降基本不变,使负载电压Usc 得以稳定。

  

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  齐纳二极管原理及使用

  综上所述可以看出,稳压管起着电流的自动调节作 用,而限流电阻起着电压调整作用。稳压管的动态电阻越小,限流电阻越大,输出电压的稳定性越好。

  齐纳二极管使用注意事项

  1、要注意一般二极管与稳压二极管的区别方法。不少的一般二极管,特别是玻璃封装的管,外形颜色等与稳压二极管较相似,如不细心区别,就会使用错误。区别方法是:看外形,不少稳压二极管为园柱形,较短粗,而一般二极管若为园柱形的则较细长;看标志,稳 压二极管的外表面上都标有稳压值,如5V6,表示稳压值为5.6V;用万用表进行测量,根据单向导电性,用X1K挡先把被测二极管的正负极性判断出来,然后用X10K挡,黑表笔接二极管负极,红表笔接二极管正极,测的阻值与X1K挡时相比,若出现的反向阻值很大,为一般二极管的可能性很大,若出现的反向阻值变得很小,则为稳压二极管。

  2、注意稳压二极管正向使用与反向使用的区别。稳压二极管正向导通使用时,与一般二极管正向导通使用时基本相同,正向导通后两端电压也是基本不变的,都约为0.7V。从理论上讲,稳压二极管也可正向使用做稳压管用,但其稳压值将低于1V,且稳压性能也不好,一般不单独用稳压管的正向导通特性来稳压,而是用反向击穿特性来稳压。反向击穿电压值即为稳压值。有时将两个稳压管串联使用,一个利用它的正向特性,另一个利用它的反向特性,则既能稳压又可起温度补偿作用,以提高稳压效果。

  3、要注意限流电阻的作用及阻值大小的影响。在稳压二极管稳压电路中,一般都要串接一个电阻R,如图1或2示。该电阻在电路中起限流和提高稳压效果的作用。若不加该电阻即当R=0时,容易烧坏稳压管,稳压效果也会极差。限流电阻的阻值越大,电路稳压性能越好,但输入与输出压差也会过大,耗电也就越多。

  4、要注意输入与输出的压差。正常使用时,稳压二极管稳压电路的输出电压等于稳压管反向击穿后两端的稳压值,若输入到稳压电路中的电压值小于稳压管的稳压值,则电路将失去稳压作用,只有是大于关系时,才有稳压作用,并且压差越大,限流电阻的阻值也应越大,否则会损坏稳压管。

  5、稳压管可串联使用。几个稳压管串联后,可获得多个不同的稳压值,故串联使用较常见。下面举例说明两个稳压管串联使用后,如何求得稳压值。若一个稳压管的稳压值为5.6V,另一个稳压值为3.6V,设稳压管正向导通时电压均为0.7V,则串联后共有四种不同的稳压值,如图1示。

  6、稳压管一般不并联使用。几个稳压管并联后,稳压值将由低(包括正向导通后的电压值)的一个来决定。还是以上述两个稳压管为例,来说明稳压值的计算方法。两个并联后共有四种情况,稳压值只有两个,如图2示。除非特殊情况,稳压二极管都不并联使用。



责任编辑:David

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