电工电子学课外阅读报告

《电工电子学》课外拓展阅读报告

《稳压二极管综述》

姓名：

指导教师：

学号：

专业班级：机械实验班

2012年12月

稳压二极管综述

摘要：随着科学技术的发展，越来越高科技的东西被发明创造出来。上世纪30年代二极管的发明，带动了后来的信息革命。其中的稳压二极管也从无到有，从粗到精，逐渐发展成为电子工业当中相当重要的一项技术，越来越多的产品需要用到稳压二极管。本篇文章将从基础入手，简述稳压二极管的工作原理以及它相应的应用，最后，我们将简单地谈谈稳压二极管存在的一些问题以及解决办法或发展的方向。 关键字：工作原理、工程应用、应用问题

正文

1 稳压二极管的工作原理

1.1 稳压二极管的构成

稳压二极管是一种用于稳定电压的单PN 结二极管。此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。稳压管是一种由特殊工艺制成的面接触型硅二极管，其表示符号与伏安特性如图1-1 所示，符号为D Z 。稳压管工作时是在反向击穿区，并且在一定电流范围内（△I Z ），稳压管不会损坏。由于稳压管的击穿是齐纳击穿，故稳压管也称为齐纳二极管。由图 1-1b 可以看出，稳压管加一定的反向电压击穿后，反向电流在很大范围内变化，管子两端的电压基本保持不变，这就是稳压管之所以稳压的原因。

图1-1a 稳压二极管的图形符号 图1-1b 稳压二极管的伏安特性曲线

1.2 稳压二极管的主要参数

（1） 稳定电压U Z 稳定电压就是稳压二极管在正常工作时的端电压，一般为3-25V ，高的可以达到200V 。手册中所列的都是在一定条件(工作电流、温度)下的数值。不同型号的稳压管其U Z 的范围不同；同种型号的稳压管也常因工艺上的差异而有一定的分散性。所以，U Z 一般给出的是范围值，例如2CW11的U Z 在3.2～4.5V （测试电流为10mA ）。但是在一定条件下，每一只稳压二极管都有一确定的稳定电压值。当然，二极管（包括稳压管）的正向导通特性也有稳压作用，但稳定电压只有0.6～0. 8V ，且随温度的变化较大，故一般不常用。

常用稳压二极管的型号及稳压值U Z 如下表：

死区 正向导通区

反向截止区

反向导

通区

（2）稳定电流I Z

稳定电流I Z是指稳压管正常工作时的参考电流。Iz 通常在最小稳定电流I Z min与最大稳定电流I Z max 之间。其中I Z min 是指稳压管开始起稳压作用时的最小电流，电流低于此值时，稳压效果差；I Z max是指稳压管稳定工作时的最大允许电流，超过此电流时，只要超过额定功耗，稳压管将发生永久性击穿。故一般要求：

I Z min＜Iz ＜I Z max。

（3）动态电阻r Z

动态电阻r Z是指稳压二极管在反向击穿区内的电压变化量与相应电流变化量至比值（也称为稳压二极管的交流动态电阻或交流电阻）。

一般为几欧姆至几十欧姆。它反映了反向伏安特性曲线陡峭程度，曲线愈陡，动态电阻r Z越小，表明稳压管性能越好。

（4）额定功耗P Z

额定功耗Pz是由管子温升所决定的参数，其中允许耗散功率P ZM表示保证稳压二极管安全工作时所允许的最大功率损耗：

（5）电压温度系数αu

电压温度系数αu是指稳压二极管的稳压值U Z受温度变化影响的系数。例如，2CW18稳压二极管的电压温度系数为0.095%/℃，就是说温度每增加１℃，其稳压值就升高0.095%。一般来说，硅稳压管在

U Z＜4V时αu＜0；在U Z＞7V时，αu＞0；在U Z= 4～7V时，α很小。

1.3 稳压二极管的工作原理

稳压二极管是一种专门工作于反向(崩溃，Breakdown)区域的二极管，如有一适量的电流流经此二极管，则其两端点间产生一固定不变的电压，名为：“稳压电压”，由于其电压稳定，故被广泛用于稳压电路或用作参考电压源。下面我们来了解一下二极管的伏安特性曲线。由图1-1b可知，二极管的伏安特性是非线性

的，大致可以分为四个区域：死区、正向导通区、反向截止区和反向击穿区。稳压二极管正是利用二极管的反向击穿区的特性制成的！在PN结上，加以反向电压时，反向电流很小，叫反向饱和电流，当反向电压加大到一定值时，反向电流会突然增加，这现象叫PN结的击穿。二极管的击穿通常有三种情况，即雪崩击穿、齐纳击穿和热击穿。

（1）雪崩击穿

对于掺杂浓度较低的PN结，结较厚，当外加反向电压高到一定数值时，因外电场过强，使PN结内少数载流子获得很大的动能而直接与原子碰撞，将原子电离，产生新的电子空穴对，由于链锁反应的结果，使少数载流子数目急剧增多，反向电流雪崩式地迅速增大，这种现象叫雪崩击穿。雪崩击穿通常发生在高反压、低掺杂的情况下。

（2）齐纳击穿

对于采用高掺杂（即杂质浓度很大）形成的PN结，由于结很薄（如0.04μm）即使外加电压并不高（如4V），就可产生很强的电场（如106V/CM）将结内共价键中的价电子拉出来，产生大量的电子一空穴对，使反向电流剧增，这种现象叫齐纳击穿（因齐纳研究而得名）。齐纳击穿一般发生在低反压、高掺杂的情况下。

（3）热击穿

在使用二极管的过程中，如由于PN结功耗（反向电流与反向电压之积）过大，使结温升高，电流变大，循环反复的结果，超过PN结的允许功耗，使PN结击穿的现象叫热击穿。热击穿后二极管将发生永久性损坏。

对于硅PN结，击穿电压在7V以上的为雪崩击穿；4V以下的为齐纳击穿；在4～7V之间的两种情况都有。无论哪种击穿，只要控制反向电流的数值不致引起热击穿，当反向电压下降到击穿电压以下，其性能可以恢复到未击穿前的状况。

稳压二极管正是利用齐纳击穿制成而来的。在稳压二极管特性曲线中，当反向电压达到击穿电压后，二极管由截止转为导通，此时的电流为最低稳压电流I Zmin，而形成的电压为最低稳压电压V Zmin，如继续加大反向电压，则电流便急速变大，但稳压二极管有一定的最大可通过电流I Zmax，若通过的电流超过I Zmax，会损坏此二极管。(简单来说：反向电压到达U Z后，相对电流不断增加，电压变化却很少。)如下图：