一文詳解齊納擊穿和雪崩擊穿

圖1給出了PN二極管的伏安特性，包括擊穿區域。因此，當PN二極管高度反向偏置時，結可能會擊穿，即它呈現極小的電阻，導致電流在幾乎恒定的電壓下突然增加。只有通過在外部電路中放置合適的電阻器才能限制該電流。但是，故障不是永久性的。當這個大的反向偏置被移除時，二極管將恢復到正常狀態。二極管的擊穿可以有兩種類型：（a）齊納擊穿和（b）雪崩擊穿。

齊納分解：

在使用重摻雜 P 和 N
區域的二極管中，在施加大的反向偏置時，由于結處的強電場導致共價鍵直接斷裂，可能會發生齊納擊穿。這樣產生的新電子-空穴對大大增加了反向電流，反向偏置值幾乎恒定，對于重二極管來說，通常低于
6 伏。由于P和N區的大量摻雜，耗盡區的寬度變得非常小。然后，對于施加小至 6 伏或更低電壓的反向偏置，耗盡區的磁場變得非常高，約為
106伏特/厘米導致齊納擊穿。

雪崩故障：

對于二極管中的中等摻雜，耗盡層寬度相當大，因此產生強場以引起齊納擊穿所需的反向偏置變得過大。在這種中度或輕度摻雜的二極管中，擊穿不是通過齊納擊穿機制發生的，而是使用雪崩倍增機制進行的。然后讓熱產生的載流子落下結勢壘，并從施加的電壓中獲得動能。該載流子與具有高動能的晶體離子碰撞時會導致共價鍵破裂。這種電離稱為沖擊電離?，F在，除了原始載流子之外，還創建了一個新的電子-空穴對。

反過來，這些新的載流子也可能需要來自外加場的足夠能量，與晶體離子碰撞并產生新的電子-空穴對。Tis
過程是累積的，稱為雪崩乘法。最終結果是，在幾乎恒定的高壓降下產生較大的反向電流，據說會發生雪崩擊穿。

齊納二極管（擊穿二極管）

齊納二極管，也稱為擊穿二極管，是一種PN二極管，專門設計用于在反向偏置條件下的擊穿區域工作。二極管可以使用齊納擊穿或雪崩擊穿。使用齊納擊穿的二極管使用每
10 個雜質原子量級的重摻雜5硅原子，是
106伏特/厘米。使用雪崩擊穿的二極管使用介質摻雜，其特點是擊穿電壓超過6伏。然而，齊納一詞通常用于所有具有反向擊穿特性的二極管。

圖1給出了典型硅和鍺齊納二極管的伏安特性。擊穿二極管工作在擊穿區域，電流受外部電阻限制。擊穿電壓 VZ可以通過適當選擇摻雜水平來適當選擇。

電路符號和等效電路

圖2（a）給出了齊納二極管的電路符號，而圖2（b）給出了等效電路。該等效電路包括一個小動態電阻和一個電壓為 V 的直流電池Z，等于齊納電壓。電阻
rz表示擊穿期間與特性的標稱垂直區域的輕微斜率相對應的電阻。然而，在大多數應用中，外部電阻器比rz因此 rz在等效電路中可以忽略不計。

齊納二極管規格

齊納電壓 VZ制造商指定擊穿電壓 V 的值B，也稱為齊納電壓VZ在測試電流的特定值下，齊納二極管可用于 V 值Z從 2.5 伏到超過 500
伏，精度在 5% 到 20% 之間。

功耗它是V的產物Z和我Z.最大額定功率從 150 mW 到 250 瓦不等。

擊穿電流 IZK系列在 I 的低值下，反向擊穿特性存在一些曲率Z.因此，我們在拐點附近指定一些電流值，其中二極管兩端的電壓開始明顯不同 VZ.圖 3
顯示了電流 IZK系列。

動態阻抗這被定義為，

.。..。..。..。..（1）

其中 和 是 V 中的增量Z和我Z在圖 3 所示的反向擊穿特性上的任何品脫 P。

理想情況下，擊穿曲線應該是一條完美的垂直線，并且z具有從幾歐姆到幾百歐姆不等的小值。

溫度對 V 的影響Z電壓 VZ受溫度變化的影響。溫度系數V值Z給出 V 中的當前變化Z隨著溫度的變化，定義為，

.。..。..。（2）

V 的變化在哪里Z由于溫度變化（T1-T0）。

T變異的研究C帶 VZ陶醉于此

TC可能既是正的，也可能是負的，位于每攝氏度 +-0.1% 的范圍內。

對于 VZ明顯超過 6 伏，表征雪崩破裂，TC是積極的。

對于 VZ低于 6 伏，表征真正的齊納擊穿，TC為陰性。

齊納二極管作為穩壓器

圖4給出了使用齊納二極管提供恒定電壓V的電路Z跨負載正 RL盡管輸入電壓 V 有變化我或負載電阻 RL.源電壓 V我和負載電阻
RL如此選擇，使二極管在擊穿區域工作。從圖 4 中我們發現電壓 VZ二極管兩端的電壓也是負載電阻R兩端的電壓L盡管源電壓 V
發生變化，但它的變化非常小我或負載電流。事實上，齊納二極管保持輸出電壓VZ通過調節二極管電流 I 實現常數Z本身，以便允許通過 R 的恒定負載電流L.