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半導體/齊納二極體

來自華夏公益教科書
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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在正向方向流動,但在反向偏置時,如果電壓超過額定擊穿電壓或“齊納電壓”,則允許電流在反向方向流動。該器件以 克拉倫斯·齊納 的名字命名,他發現了這種電學特性。

傳統的固態二極體在反向偏置低於其反向擊穿電壓時,不會讓電流流過。超過反向偏置擊穿電壓,傳統的二極體會因雪崩擊穿而發生高電流流動。除非外部電路限制了此電流,否則二極體將永久損壞。在正向偏置較大(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電壓降。電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,只是該器件經過特殊設計,使其具有大大降低的擊穿電壓,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,並讓電流流動以保持齊納二極體上的電壓在齊納電壓。例如,一個擊穿電壓為 3.2V 的二極體在反向偏置時會表現出 3.2V 的電壓降。但是,電流不是無限的,因此齊納二極體通常用於為放大器級生成參考電壓,或者用作低電流應用中的電壓穩定器。

擊穿電壓可以在摻雜過程中得到相當精確的控制。可以使用 0.05% 以內的公差,儘管最常用的公差是 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。這兩種型別的二極體實際上是透過相同的方式構造的,並且這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 伏特,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 伏特以上,雪崩效應變得占主導地位,並表現出正溫度係數。

在 5.6V 二極體中,這兩種效應同時發生,它們的溫度係數恰好抵消,因此 5.6V 二極體是溫度敏感應用中的首選器件。

現代製造技術已經生產出電壓低於 5.6V 的器件,其溫度係數可以忽略不計,但隨著遇到的電壓越來越高,溫度係數會急劇上升。75V 二極體的係數是 12V 二極體的 10 倍。

所有這些二極體,無論擊穿電壓如何,通常都以“齊納二極體”的統稱進行銷售。

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