稳压二极管原理

Zener二极管原理
Zener二极管

定义 工作原理 工艺流程 应用功能
何为Zener二极管
Zener二极管(Zener diode)，又叫齐纳二极管,是一种 硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。 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。稳压管在反向击穿时，在一 定的电流范围内（或者说在一定功率损耗范围内）， 端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广泛应用 于稳压电源与限幅电路之中。
Vi < Vz , V0 = Vi Vi > Vz, V0 = Vz
当输入电源电压Vi比稳压二极管的稳定电压VZ低时，稳压二极管没 有击穿而处于反向截止区，此时电路回路中只有比较小的反向漏 电电流IR（reverse leakage current），这种工作状态不是稳压二极 管的正常工作状态，因为输出电压Vo是随输入电压Vi变化的，没有 达到输出稳定电压的目的
因此，我们在设置电阻R的最小值时，应控制稳压二极管的工作电流在IZM之内。 电阻R过大会影响稳压二极管的正常工作，太小会造成稳压二极管烧坏。
IZ：稳压二极管正常工作电流 IZM：压二极管的最大工作电流 IZK：稳压二极管的最小工作电流IZ,也叫膝点/拐点电 流
1N4734技术手册
这种特性我们也可以从稳压二极管的伏安V-I特性曲线看出， 如下图所示：
Zener二极管的制作
离子掺杂浓度决定反向击穿电压高低，为了得到齐纳击穿p区 和n区的掺杂浓度必须相当高(>5*1017 cm-3)。
SiO2 N-Si N-Si
离子掺杂
PR SiO2 N-Si
PR SiO2
PR
PR SiO2
PR
N-Si
N-Si
P-Si N-Si
Zener二极管的应用
稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内（或者说在一定功 率损耗范围内），端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广 泛应用于各种保护电路之中(浪涌保护电路,电视机里的过压保 护电路,电弧抑制电路如图,串联型稳压电路)。
当输入电源电压Vi时继续增加时，稳压二极管的稳定电压VZ（也就是输出 电压Vo）会有一定的变化，但没有输入电压Vi变化那么大，因为稳压二极 管处于反向击穿稳压状态，此时输入电压Vi与输出电压Vo的差值都施加到 电阻R两端，继而引起回路电流上升。
稳压二极管本身没有最高反向电压的参数，但是它 会有一定的功耗如下式：
Zener二极管工作原理
右图为稳压二极管的I/V特性曲 线。从图中可以知道，在反向 电压达到Uz时，二极管有截止 转向导通，此时的电流为最低 稳压电流Izmin。由于稳压管此时 的动态电阻很小，电流在Izmin到 Izmax变化时，电压变化很小基 本上维持不变。故起到了稳压 的效果。
Zener二极管工作原理
当输入电源电压Vi比稳压二极管稳定电压ZT高时 ，稳压二极管被反向电压击穿，此时回路电流急 剧增加
此时的输出电压Vo就是稳压二极管的标称稳定电压， 也就是我们所需要的电压值，回路中的电流就是稳压 二极管的工作电流IZ（zener current）
其中，电阻R就是稳压二极管的限流电阻。能够使稳压二极管进入稳压状态 的最小电流IZ也叫膝点/拐点电流IZK（knee point current），因此，电阻R值 不应该太大，那么这个电阻的最小值应该是多少才合适呢？我们继续往下看：
也就是稳压二极管的稳定电压VZ与流过稳压二极管中的电流IZ的乘积，对 于具体的稳压二极管，其稳定电压VZ是额定的，因此功耗也可以由最大的 功耗也可由最大工作电流IZM（Maximum zener current）来表示，很多数据 手册中也是给出这个值。
当回路电流IZ超过稳压二极管的最大工作wk.baidu.com流IZM时（也就 是超过二极管最高允许耗散功率），稳压二极管会因为过热 而损坏，此时的输出电压Vo就是输入电压Vi，也就是不再有 稳压能力了，如下图所示：
1N4734的参数
单相半波正路电路的输出电压的有效值： 输入电压乘以0.71
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