什么是齊納二極管?

齊納二極管是二極管中的一種，P型半導體和N型半導體融合在一起形成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：1、摻雜程度，簡單二極管是中度摻雜，齊納二極管是重摻雜，以實現(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電。

齊納二極管工作原理

齊納二極管在正向偏置時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電壓調(diào)節(jié)器，因為它在指定的反向電流值范圍內(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，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，反向電壓的進一步增加不會導致任何進一步的電壓下降，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致反向電流快速增加。

早期的 IC 設計人員使用反向偏置的 npn 晶體管基極-發(fā)射極結(jié)實現(xiàn)了齊納特性。這種齊納擊穿效應發(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 設計人員了解到，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。使用 6.3V 齊納二極管很常見，因為它是隨時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)、負載調(diào)節(jié)和固定電壓輸出。IC 設計人員使用運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。運算放大器緩沖齊納二極管，從而最大限度地減少負載電流波動的影響。運算放大器緩沖器的另一個優(yōu)點是您可以調(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 ?所需的輸出電壓大于齊納電壓時，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 與外部運算放大器耦合以獲得雙電壓基準。REF02 是 5V 基準，差分放大器將 5V 反相以生成 –5V 基準。差分放大器中的匹配電阻確保負參考電壓跟蹤正參考電壓并且是準確的。用分立電阻代替差分放大器的運算放大器允許不同的負參考電壓，但分立電阻犧牲了差分放大器的精度。