專司反向擊穿 你對這個二極管了解多少？

問：什么是齊納二極管？它有什么特點?

齊納二極管是P-N結(jié)器件的一個家族，能夠整流，但它被設計成在相對精確的電壓下進入反向擊穿，并且只要器件溫度保持在可接受的范圍內(nèi)，就可以無限期地容忍這種操作。這種特性導致了它們在參考電壓和調(diào)節(jié)應用中的頻繁使用。

從術(shù)語的角度來看，這有點令人困惑，但在半導體二極管中負責反向傳導的被稱為齊納擊穿和雪崩擊穿的物理現(xiàn)象，都在作為齊納二極管出售的器件中起作用，不同程度地取決于器件的擊穿電壓。齊納擊穿在齊納額定電壓低于約5 ~ 7伏的器件中占主導地位，而高于這一點的雪崩擊穿則很突出，在過渡點附近會發(fā)生一些混搭動作。這一區(qū)別可以從齊納數(shù)據(jù)手冊中涵蓋一系列反向電壓額定值的反向電流與電壓曲線中看到;低壓器件具有相當漸變的曲率和平緩的斜率，而高壓器件具有相對尖銳的“膝蓋”和更激進的斜率。

齊納二極管的屬性

器件的標稱齊納電壓表征了當指定值的測試電流以相反方向通過器件時出現(xiàn)的電壓。它通常是在脈沖條件下測量的，在室溫下測試器件。因為它是一個對溫度敏感的特性，并且由于電流通過它，器件中會消耗大量的功率，因此實際觀測值很可能與標稱值不同。齊納電壓的變化可能與溫度有正相關(guān)或負相關(guān)，這取決于齊納擊穿還是雪崩擊穿占主導地位;擊穿電壓在過渡區(qū)(5.1v左右)的器件，在給定產(chǎn)品系列的同類器件中，往往表現(xiàn)出最低的溫度漂移特性。觀測值也會隨著實際存在的反向電流量而變化，這既是熱效應的結(jié)果，也是由于給定器件的反向電壓/電流特性的斜率。當標稱齊納電壓下降到約7伏以下時，這種變化往往變得更加明顯。

上圖:BZT52C系列齊納二極管的齊納電流電壓圖，顯示了具有不同標稱齊納電壓值的器件的特性。注意曲線形狀的變化發(fā)生在4~7V區(qū)域。

通常與齊納二極管一起引用的公差數(shù)字表征了由于材料和制造的可變性而在器件之間的齊納電壓的可變性。它僅在規(guī)定的測試條件下測量和適用; 不同的條件可能會導致觀測值超出指示范圍。

右側(cè)顯示了如何通過器件數(shù)據(jù)手冊進行通信的示例;溫度條件由籠統(tǒng)的25°C環(huán)境溫度和指示基于脈沖的測試的說明提出，這意味著器件的模具溫度也接近25°C。測試電流條件由VZ值的列標題顯示，這表明所示的數(shù)字適用于相鄰的IZT值。雖然本例本身不涉及“公差”，但最小值和最大值與標稱值的偏差可以轉(zhuǎn)換為百分比，并且通常出于交易目的這樣進行交流。

齊納二極管所引用的最大功率數(shù)字表征了在指定的測試條件下，器件中可以連續(xù)耗散的最大功率。這是一個熱衍生的額定值，通常認為是在指定的安裝和環(huán)境溫度條件下，導致器件的模具溫度達到所列允許的最大功耗。由于最高溫度操作往往對器件造成很大壓力，而實際應用條件往往不如用于推導列出的額定功率的條件有利，因此實際中的最大安全功耗水平可能顯著低于列出的值。

右圖顯示了如何在數(shù)據(jù)手冊中傳達這一點的示例;實際上顯示了兩個最大功率數(shù)字，一個用于器件的引線溫度保持在75°C的場景，一個用于環(huán)境溫度保持在25°C的場景，并且器件按照文檔中其他地方單獨說明的方式安裝。

齊納阻抗圖描述了器件在反向擊穿區(qū)域工作時齊納電壓和電流之間的關(guān)系;齊納電流的增加會產(chǎn)生齊納電壓的增加，兩者之間的比例系數(shù)被稱為齊納阻抗，符合歐姆定律。制造商通常會提供齊納阻抗在兩種測試電流條件下的表征; 一種是齊納電壓指定的同一標稱測試電流值，另一種是在器件工作曲線的“膝蓋”附近的較小電流。

右邊顯示了如何在數(shù)據(jù)手冊中表示此信息的示例。這些信息通常以表格和圖形形式表示，齊納阻抗等于器件工作曲線的斜率，在對應于所討論的測試電流的點上。

反向漏電流

齊納二極管的反向漏電流的概念與二極管的一般情況沒有太大的不同，盡管它的相關(guān)性可能不會立即明顯，因為齊納二極管通常用于反向擊穿模式，預計它們會大量“漏電流”。然而，在箝位或檢測類型的應用中，當施加的反向電壓不超過齊納電壓時，通常希望它們導電盡可能小的電流。

只要測量的漏電流將從零(在零反向電壓下)增加到齊納電壓下的測試電流值，適用于列出的漏電流值的反向電壓條件幾乎與電流測量本身一樣有意義;一個齊納管在額定齊納電壓的30%漏電流一微安，比在80% Vz漏電流同一微安的齊納管更“漏”。