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半導體/齊納二極體

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齊納二極體是一種二極體,它允許電流像普通二極體一樣向前流動,但也允許電流在反向流動,如果電壓大於額定擊穿電壓或“齊納電壓”。該器件以克萊倫斯·齊納的名字命名,他發現了這種電氣特性。

傳統的固態二極體如果反向偏置低於其反向擊穿電壓,則不會讓大量電流流動。透過超過反向偏置擊穿電壓,傳統的二極體會因雪崩擊穿而承受高電流流動。除非外部電路限制此電流,否則二極體將永久損壞。在大的正向偏置(電流沿箭頭方向流動)的情況下,二極體由於內部電阻而表現出壓降。壓降的大小取決於二極體的設計。

齊納二極體表現出幾乎相同的特性,除了該器件是專門設計的,以使擊穿電壓大大降低,即所謂的齊納電壓。齊納二極體包含一個重摻雜的 p-n 結,允許電子從 p 型材料的價帶隧穿到 n 型材料的導帶。反向偏置的齊納二極體將表現出受控擊穿,並讓電流流動以使齊納二極體上的電壓保持在齊納電壓。例如,一個齊納擊穿電壓為 3.2 伏的二極體,如果反向偏置,將表現出 3.2 伏的壓降。然而,電流不是無限的,因此齊納二極體通常用於為放大級產生參考電壓,或用作低電流應用的穩壓器。

擊穿電壓可以在摻雜過程中非常精確地控制。公差可以達到 0.05%,儘管最廣泛使用的公差是 5% 和 10%。

另一種產生類似效果的機制是雪崩效應,如雪崩二極體中所見。這兩種型別的二極體實際上是採用相同的方式製造的,並且兩種效應都存在於這種型別的二極體中。在矽二極體中,高達約 5.6 伏,齊納效應是主要的效應,並表現出明顯的負溫度係數。在 5.6 伏以上,雪崩效應變得占主導地位,並表現出正溫度係數。

在一個 5.6 伏的二極體中,兩種效應同時發生,它們的溫度係數相互抵消,因此 5.6 伏的二極體是溫度敏感應用的首選器件。

現代製造技術已經生產出電壓低於 5.6 伏的器件,其溫度係數可以忽略不計,但隨著遇到更高電壓的器件,溫度係數會急劇上升。一個 75 伏的二極體的係數是 12 伏的二極體的 10 倍。

所有這些二極體,無論擊穿電壓如何,通常都在“齊納二極體”這個總稱下銷售。

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