什么是齊納二極管?

齊納二極管是二極管中的一種，P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體融合在一起形成PN結(jié)，在PN結(jié)周圍，形成具有反相離子的耗盡層。

齊納二極管與簡單二極管之間的區(qū)別主要有2點(diǎn)：1、摻雜程度，簡單二極管是中度摻雜，齊納二極管是重?fù)诫s，以實(shí)現(xiàn)更高的擊穿電壓。摻雜程度的不同這有助于它們在不同電壓水平下工作的規(guī)格。

2、導(dǎo)電情況，由于齊納二極管高摻雜，與簡單二極管的PN結(jié)相比，齊納二極管PN結(jié)的耗盡層很薄，這為齊納二極管提供了特殊的特性，在正向和反向偏置條件下都可以導(dǎo)電。

齊納二極管工作原理

齊納二極管在正向偏置時(shí)的作用類似于普通二極管。然后，一旦反向電壓等于其額定電壓，就會允許電流反向流動。

擊穿工作的齊納二極管充當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器，因?yàn)樗谥付ǖ姆聪螂娏髦捣秶鷥?nèi)跨其端子保持幾乎恒定的電壓，該電壓等于齊納電壓。由反向擊穿產(chǎn)生的齊納二極管兩端的恒定電壓降由直流電壓符號表示。

齊納二極管正向偏置

齊納二極管的正向特性類似于簡單的二極管，正向電流是正向壓降的指數(shù)函數(shù)。電壓降的微小變化會導(dǎo)致電流快速上升。通常，PN 結(jié)上 0.8伏的電壓降足以使齊納二極管正向偏置。

齊納二極管反向偏置

普通二極管在反向偏置模式下工作時(shí)，不會有電流流過。在這種情況下，大量電子流可能會損壞二極管。然而，在齊納二極管中，由于PN結(jié)的薄耗盡層產(chǎn)生的強(qiáng)電場而發(fā)生齊納擊穿。發(fā)生齊納擊穿的電壓稱為VZ(齊納電壓)。

根據(jù)應(yīng)用和電壓要求，生產(chǎn)的齊納二極管具有不同級別的齊納電壓。一旦發(fā)生齊納擊穿，反向電壓的進(jìn)一步增加不會導(dǎo)致任何進(jìn)一步的電壓下降，并且在一定的電壓水平上保持恒定，直到發(fā)生雪崩擊穿。

簡而言之，對于反向偏置的齊納二極管，它從0V到齊納電壓 (VZ )保持關(guān)閉(少量電流流動)。從 VZ到雪崩擊穿，施加電壓的微小變化會導(dǎo)致反向電流快速增加。

早期的 IC 設(shè)計(jì)人員使用反向偏置的 npn 晶體管基極-發(fā)射極結(jié)實(shí)現(xiàn)了齊納特性。這種齊納擊穿效應(yīng)發(fā)生在芯片表面，因此容易受到污染和氧化物電荷問題的影響。表面齊納二極管有幾個(gè)問題：它們需要大于 5V 的擊穿電壓、噪聲大、短期和長期電壓漂移差。

后來的 IC 設(shè)計(jì)人員了解到，他們可以將晶體管基極-發(fā)射極結(jié)埋在 IC 表面之下。掩埋結(jié)齊納二極管具有極其穩(wěn)定的次表面擊穿機(jī)制，可產(chǎn)生幾乎完美的噪聲性能。此外，表面污染和氧化物效應(yīng)不會影響掩埋結(jié)，因此由此產(chǎn)生的齊納二極管是出色的電壓基準(zhǔn)。使用 6.3V 齊納二極管很常見，因?yàn)樗请S時(shí)間和溫度變化的最穩(wěn)定的齊納二極管。掩埋齊納二極管仍然需要相當(dāng)高的 8V，但它在所有其他方面都更勝一籌。

齊納二極管仍然存在一些問題，例如線路調(diào)節(jié)、負(fù)載調(diào)節(jié)和固定電壓輸出。IC 設(shè)計(jì)人員使用運(yùn)算放大器和電流源來解決這些問題。電流源偏置齊納二極管，盡管線路電壓波動，但仍保持齊納電流恒定。運(yùn)算放大器緩沖齊納二極管，從而最大限度地減少負(fù)載電流波動的影響。運(yùn)算放大器緩沖器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是您可以調(diào)整 R 2與 R 1的比率以獲得小于齊納電壓的輸出電壓。(通常，R 3 =0。)當(dāng) ?所需的輸出電壓大于齊納電壓時(shí)，可以使用R 3增加齊納電壓。(通常，R2 , R 1 =0.) 這些電路使用薄膜激光微調(diào)電阻，以獲得低至 0.01% 的初始誤差，并且微調(diào)可以包括溫度補(bǔ)償，可以產(chǎn)生低至 0.6% 的溫度系數(shù)。

一種常見的參考電路是 REF02，幾家半導(dǎo)體制造商提供并使用埋藏式齊納二極管;您可以將 REF02 與外部運(yùn)算放大器耦合以獲得雙電壓基準(zhǔn)。REF02 是 5V 基準(zhǔn)，差分放大器將 5V 反相以生成 –5V 基準(zhǔn)。差分放大器中的匹配電阻確保負(fù)參考電壓跟蹤正參考電壓并且是準(zhǔn)確的。用分立電阻代替差分放大器的運(yùn)算放大器允許不同的負(fù)參考電壓，但分立電阻犧牲了差分放大器的精度。