一文详解齐纳击穿和雪崩击穿

图1给出了PN二极管的伏安特性，包括击穿区域。因此，当PN二极管高度反向偏置时，结可能会击穿，即它呈现极小的电阻，导致电流在几乎恒定的电压下突然增加。只有通过在外部电路中放置合适的电阻器才能限制该电流。但是，故障不是永久性的。当这个大的反向偏置被移除时，二极管将恢复到正常状态。二极管的击穿可以有两种类型：（a）齐纳击穿和（b）雪崩击穿。

齐纳分解：

在使用重掺杂 P 和 N
区域的二极管中，在施加大的反向偏置时，由于结处的强电场导致共价键直接断裂，可能会发生齐纳击穿。这样产生的新电子-空穴对大大增加了反向电流，反向偏置值几乎恒定，对于重二极管来说，通常低于
6 伏。由于P和N区的大量掺杂，耗尽区的宽度变得非常小。然后，对于施加小至 6 伏或更低电压的反向偏置，耗尽区的磁场变得非常高，约为
106伏特/厘米导致齐纳击穿。

雪崩故障：

对于二极管中的中等掺杂，耗尽层宽度相当大，因此产生强场以引起齐纳击穿所需的反向偏置变得过大。在这种中度或轻度掺杂的二极管中，击穿不是通过齐纳击穿机制发生的，而是使用雪崩倍增机制进行的。然后让热产生的载流子落下结势垒，并从施加的电压中获得动能。该载流子与具有高动能的晶体离子碰撞时会导致共价键破裂。这种电离称为冲击电离。现在，除了原始载流子之外，还创建了一个新的电子-空穴对。

反过来，这些新的载流子也可能需要来自外加场的足够能量，与晶体离子碰撞并产生新的电子-空穴对。Tis
过程是累积的，称为雪崩乘法。最终结果是，在几乎恒定的高压降下产生较大的反向电流，据说会发生雪崩击穿。

齐纳二极管（击穿二极管）

齐纳二极管，也称为击穿二极管，是一种PN二极管，专门设计用于在反向偏置条件下的击穿区域工作。二极管可以使用齐纳击穿或雪崩击穿。使用齐纳击穿的二极管使用每
10 个杂质原子量级的重掺杂5硅原子，是
106伏特/厘米。使用雪崩击穿的二极管使用介质掺杂，其特点是击穿电压超过6伏。然而，齐纳一词通常用于所有具有反向击穿特性的二极管。

图1给出了典型硅和锗齐纳二极管的伏安特性。击穿二极管工作在击穿区域，电流受外部电阻限制。击穿电压 VZ可以通过适当选择掺杂水平来适当选择。

电路符号和等效电路

图2（a）给出了齐纳二极管的电路符号，而图2（b）给出了等效电路。该等效电路包括一个小动态电阻和一个电压为 V 的直流电池Z，等于齐纳电压。电阻
rz表示击穿期间与特性的标称垂直区域的轻微斜率相对应的电阻。然而，在大多数应用中，外部电阻器比rz因此 rz在等效电路中可以忽略不计。

齐纳二极管规格

齐纳电压 VZ制造商指定击穿电压 V 的值B，也称为齐纳电压VZ在测试电流的特定值下，齐纳二极管可用于 V 值Z从 2.5 伏到超过 500
伏，精度在 5% 到 20% 之间。

功耗它是V的产物Z和我Z.最大额定功率从 150 mW 到 250 瓦不等。

击穿电流 IZK系列在 I 的低值下，反向击穿特性存在一些曲率Z.因此，我们在拐点附近指定一些电流值，其中二极管两端的电压开始明显不同 VZ.图 3
显示了电流 IZK系列。

动态阻抗这被定义为，

.。..。..。..。..（1）

其中 和 是 V 中的增量Z和我Z在图 3 所示的反向击穿特性上的任何品脱 P。

理想情况下，击穿曲线应该是一条完美的垂直线，并且z具有从几欧姆到几百欧姆不等的小值。

温度对 V 的影响Z电压 VZ受温度变化的影响。温度系数V值Z给出 V 中的当前变化Z随着温度的变化，定义为，

.。..。..。（2）

V 的变化在哪里Z由于温度变化（T1-T0）。

T变异的研究C带 VZ陶醉于此

TC可能既是正的，也可能是负的，位于每摄氏度 +-0.1% 的范围内。

对于 VZ明显超过 6 伏，表征雪崩破裂，TC是积极的。

对于 VZ低于 6 伏，表征真正的齐纳击穿，TC为阴性。

齐纳二极管作为稳压器

图4给出了使用齐纳二极管提供恒定电压V的电路Z跨负载正 RL尽管输入电压 V 有变化我或负载电阻 RL.源电压 V我和负载电阻
RL如此选择，使二极管在击穿区域工作。从图 4 中我们发现电压 VZ二极管两端的电压也是负载电阻R两端的电压L尽管源电压 V
发生变化，但它的变化非常小我或负载电流。事实上，齐纳二极管保持输出电压VZ通过调节二极管电流 I 实现常数Z本身，以便允许通过 R 的恒定负载电流L.