專司反向擊穿 你對(duì)這個(gè)二極管了解多少？

問：什么是齊納二極管？它有什么特點(diǎn)?

齊納二極管是P-N結(jié)器件的一個(gè)家族，能夠整流，但它被設(shè)計(jì)成在相對(duì)精確的電壓下進(jìn)入反向擊穿，并且只要器件溫度保持在可接受的范圍內(nèi)，就可以無限期地容忍這種操作。這種特性導(dǎo)致了它們?cè)趨⒖茧妷汉驼{(diào)節(jié)應(yīng)用中的頻繁使用。

從術(shù)語的角度來看，這有點(diǎn)令人困惑，但在半導(dǎo)體二極管中負(fù)責(zé)反向傳導(dǎo)的被稱為齊納擊穿和雪崩擊穿的物理現(xiàn)象，都在作為齊納二極管出售的器件中起作用，不同程度地取決于器件的擊穿電壓。齊納擊穿在齊納額定電壓低于約5 ~ 7伏的器件中占主導(dǎo)地位，而高于這一點(diǎn)的雪崩擊穿則很突出，在過渡點(diǎn)附近會(huì)發(fā)生一些混搭動(dòng)作。這一區(qū)別可以從齊納數(shù)據(jù)手冊(cè)中涵蓋一系列反向電壓額定值的反向電流與電壓曲線中看到;低壓器件具有相當(dāng)漸變的曲率和平緩的斜率，而高壓器件具有相對(duì)尖銳的“膝蓋”和更激進(jìn)的斜率。

齊納二極管的屬性

器件的標(biāo)稱齊納電壓表征了當(dāng)指定值的測(cè)試電流以相反方向通過器件時(shí)出現(xiàn)的電壓。它通常是在脈沖條件下測(cè)量的，在室溫下測(cè)試器件。因?yàn)樗且粋€(gè)對(duì)溫度敏感的特性，并且由于電流通過它，器件中會(huì)消耗大量的功率，因此實(shí)際觀測(cè)值很可能與標(biāo)稱值不同。齊納電壓的變化可能與溫度有正相關(guān)或負(fù)相關(guān)，這取決于齊納擊穿還是雪崩擊穿占主導(dǎo)地位;擊穿電壓在過渡區(qū)(5.1v左右)的器件，在給定產(chǎn)品系列的同類器件中，往往表現(xiàn)出最低的溫度漂移特性。觀測(cè)值也會(huì)隨著實(shí)際存在的反向電流量而變化，這既是熱效應(yīng)的結(jié)果，也是由于給定器件的反向電壓/電流特性的斜率。當(dāng)標(biāo)稱齊納電壓下降到約7伏以下時(shí)，這種變化往往變得更加明顯。

上圖:BZT52C系列齊納二極管的齊納電流電壓圖，顯示了具有不同標(biāo)稱齊納電壓值的器件的特性。注意曲線形狀的變化發(fā)生在4~7V區(qū)域。

通常與齊納二極管一起引用的公差數(shù)字表征了由于材料和制造的可變性而在器件之間的齊納電壓的可變性。它僅在規(guī)定的測(cè)試條件下測(cè)量和適用; 不同的條件可能會(huì)導(dǎo)致觀測(cè)值超出指示范圍。

右側(cè)顯示了如何通過器件數(shù)據(jù)手冊(cè)進(jìn)行通信的示例;溫度條件由籠統(tǒng)的25°C環(huán)境溫度和指示基于脈沖的測(cè)試的說明提出，這意味著器件的模具溫度也接近25°C。測(cè)試電流條件由VZ值的列標(biāo)題顯示，這表明所示的數(shù)字適用于相鄰的IZT值。雖然本例本身不涉及“公差”，但最小值和最大值與標(biāo)稱值的偏差可以轉(zhuǎn)換為百分比，并且通常出于交易目的這樣進(jìn)行交流。

齊納二極管所引用的最大功率數(shù)字表征了在指定的測(cè)試條件下，器件中可以連續(xù)耗散的最大功率。這是一個(gè)熱衍生的額定值，通常認(rèn)為是在指定的安裝和環(huán)境溫度條件下，導(dǎo)致器件的模具溫度達(dá)到所列允許的最大功耗。由于最高溫度操作往往對(duì)器件造成很大壓力，而實(shí)際應(yīng)用條件往往不如用于推導(dǎo)列出的額定功率的條件有利，因此實(shí)際中的最大安全功耗水平可能顯著低于列出的值。

右圖顯示了如何在數(shù)據(jù)手冊(cè)中傳達(dá)這一點(diǎn)的示例;實(shí)際上顯示了兩個(gè)最大功率數(shù)字，一個(gè)用于器件的引線溫度保持在75°C的場(chǎng)景，一個(gè)用于環(huán)境溫度保持在25°C的場(chǎng)景，并且器件按照文檔中其他地方單獨(dú)說明的方式安裝。

齊納阻抗圖描述了器件在反向擊穿區(qū)域工作時(shí)齊納電壓和電流之間的關(guān)系;齊納電流的增加會(huì)產(chǎn)生齊納電壓的增加，兩者之間的比例系數(shù)被稱為齊納阻抗，符合歐姆定律。制造商通常會(huì)提供齊納阻抗在兩種測(cè)試電流條件下的表征; 一種是齊納電壓指定的同一標(biāo)稱測(cè)試電流值，另一種是在器件工作曲線的“膝蓋”附近的較小電流。

右邊顯示了如何在數(shù)據(jù)手冊(cè)中表示此信息的示例。這些信息通常以表格和圖形形式表示，齊納阻抗等于器件工作曲線的斜率，在對(duì)應(yīng)于所討論的測(cè)試電流的點(diǎn)上。

反向漏電流

齊納二極管的反向漏電流的概念與二極管的一般情況沒有太大的不同，盡管它的相關(guān)性可能不會(huì)立即明顯，因?yàn)辇R納二極管通常用于反向擊穿模式，預(yù)計(jì)它們會(huì)大量“漏電流”。然而，在箝位或檢測(cè)類型的應(yīng)用中，當(dāng)施加的反向電壓不超過齊納電壓時(shí)，通常希望它們導(dǎo)電盡可能小的電流。

只要測(cè)量的漏電流將從零(在零反向電壓下)增加到齊納電壓下的測(cè)試電流值，適用于列出的漏電流值的反向電壓條件幾乎與電流測(cè)量本身一樣有意義;一個(gè)齊納管在額定齊納電壓的30%漏電流一微安，比在80% Vz漏電流同一微安的齊納管更“漏”。