齐纳二极管是什么？工作原理如何？（纪客老白分享）

注意齐纳二极管符号中棒上的弯曲边缘。在电路图中区分齐纳二极管和普通二极管是很重要的。普通的二极管对任何反向电压都不传导电流，而是作为一个开路。齐纳二极管从阴极导电到阳极，如果反向电压大于齐纳电压。在分析给定电路时，必须始终考虑这一事实。
齐纳二极管的工作原理
齐纳二极管是一种重掺杂的半导体二极管。正常的半导体二极管在反向饱和时，当施加电压超过膝电压时，会产生突崩溃。普通二极管的突崩溃也会破坏二极管，导致二极管断开(通常是信号二极管)或短路(通常是功率二极管)。
反向饱和齐纳二极管有两种击穿突崩溃和齐纳二极管击穿。齐纳二极管不会在齐纳击穿或突崩溃中断裂。
当一个普通的半导体二极管施加反向电压时，由于施加电场的影响，其耗尽层变宽。耗尽层的宽度随着反向电压的增加而不断增加。在整个过程中，由于少量电荷载流子，一个小的反向饱和电流从阴极流向阳极。在一定的反向电压，膝电压，少数电荷载流子有足够的动能，由于在耗尽层的电场，他们开始与静止的离子碰撞，敲出更多的自由电子。新产生的自由电子也由于跨越耗尽层的电场而获得类似的动能。它们还与固定离子碰撞，产生更多的自由电子。这就像一个连锁反应，通过耗尽层积累了大量的电流，使得二极管变得导电。这就是所谓的“雪崩”击穿。
齐纳二极管有一种不同的反向偏压击穿。这就是所谓的齐纳分解，它甚至发生在突崩溃之前。齐纳二极管被重度掺杂。它比一般的二极管有更多的杂质原子，所以在耗尽层中有更多的离子。由于离子数量较高，齐纳电池的耗尽层非常薄。由于耗尽层的宽度很窄，所以它的电场强度更大。由于耗尽层的强电场，离子的价电子进入导带，大量的电流开始从阴极流向阳极。
注意，突崩溃是少数电荷载流子与耗尽层中离子碰撞的结果。同时，齐纳击穿是一种量子现象，这是因为价电子在穿过狭窄耗尽层的电场影响下从价带移动到传导带。
齐纳击穿发生在“雪崩”击穿之前。突崩溃不会发生在特定的电压下，很大程度上取决于二极管和电路的工作条件。齐纳击穿发生在一个尖锐的电压，齐纳电压，这是由二极管的掺杂水平预设。一旦齐纳二极管进入齐纳击穿，它是导电从阴极到阳极，并没有机会“雪崩”击穿。
当齐纳二极管开始导电在反向偏压，电压降是固定齐纳电压’，它仍然不受影响的电压变化，从源。虽然，通过齐纳的电流可以根据负载所绘制的电路电流而变化。一旦负载电流稳定，通过齐纳二极管的电流也稳定下来。
齐纳二极管同时使用齐纳击穿和突崩溃。如果齐纳电压高达6v，它开始进行反向偏压齐纳电压由于齐纳击穿。如果齐纳额定电压大于6伏，齐纳二极管在额定电压下在突崩溃上导电。齐纳二极管在导电时比在导电时比在突崩溃击穿时导电时导致更高的电流。

当齐纳二极管正向偏置时，它作为一个正常的二极管工作。由于高掺杂，齐纳二极管的最大正向电流总是大于普通二极管。
齐纳二极管封装
齐纳二极管有通孔和贴片两种封装。通孔模型通常是玻璃封装处理高功率耗散。两种封装的一端都有一个指示阴极的带子。
在电路/网络中
齐纳二极管可以与负载串联，也可以与负载并联。齐纳二极管总是连接在相反的方向操作。
当齐纳串联负载时，施加的电压由二极管的齐纳电压降低，剩余电压出现在齐纳的阳极端。通常有一个电阻器与齐纳二极管串联。这个电阻器和剩余的负载电路电阻决定了通过齐纳二极管的电流。同样的电流流过负载以及齐纳二极管。
当齐纳与负载并联时，同样的电压施加到负载网络，直到施加的电压小于齐纳电压。当施加的电压增加超过齐纳电压，只有齐纳电压下降跨越二极管出现在负载网络。因此，负载网络的电压永远不会超过齐纳电压。现在，通过负载网络的电流取决于齐纳电压和负载电阻。如果一个电阻器或另一个网络在电压源之前已经串联到齐纳器(和负载网络) ，则电流已经受到该电阻器或网络的限制。

齐纳二极管
参考有数百种齐纳二极管模型可供选择。下表列出了一些流行的齐纳二极管。

齐纳二极管的应用注意
这个列表并非详尽无遗。这个列表只是试图列出流行的齐纳二极管，齐纳二极管的电压达到6v。这个表可以作为探索齐纳二极管的起点。
齐纳二极管有以下常见用途:

• 当一个负载电路必须提供一个固定的电压，它可以并行连接到齐纳二极管的相同齐纳参考电压电压。通过这种方式，负载设备/网络上的电压将与齐纳电压相同，但绝不会高于这个电压。齐纳电压源的电压必须大于齐纳电压; 否则，齐纳二极管将不会在反向传导，施加的电压小于齐纳电压将出现在负载。
  

请注意，这并不是一个理想的稳压。在上述电路中，对负载的电流受到电阻的限制。对负载的电压可以根据负载本身产生的电流而变化。由于温度的不同，电压也会发生变化。

• 多轨电源-多轨电源可以设计使用多个齐纳二极管。采用串联方式可以提供不同的电压降。这和使用 Zener 参考电压是一样的。一个齐纳二极管用在一个简单的参考电压上，在整个负载网络上提供一个固定的电压降。多个齐纳二极管用于多轨电源，以提供对称和/或升压降。记住，通过齐纳二极管的电流必须足以驱动负载网络。为此，齐纳二极管本身应该有一个适当的额定功率，并且不应该有网络或电阻限制通过齐纳二极管的电流超过负载时所需的电流水平。下面是用齐纳二极管设计的对称电源轨。
  

下面是另一个使用齐纳二极管的多轨电源电路。

• 电压箝位: 交流信号可以钳位使用齐纳二极管。如果一个交流信号的峰值是 Vpeak 高，一个齐纳电压的齐纳二极管，Vz 可以通过连接输出到齐纳的阴极和连接齐纳的阳极到地面来钳制正峰到 Vz。通过在齐纳的阳极上连接一个所需增量的正轨，而不是连接到地面，可以提高固定信号的电平。这也将完全消除负循环的输出。
  

甚至两个齐纳二极管可以串联在相反的方向，以获得输入交流信号的对称箝位。

• 电压平移-齐纳二极管可用于平滑输入电源到稳压器。通过将齐纳二极管与电压源串联连接到稳压器电压源，输入电压源可以通过 Vz 降低。与降压电阻相比，齐纳二极管可以承受稳压器另一端负载的所有电流变化。
  

如何选择齐纳二极管
决定齐纳二极管选择给定应用的两个最重要的因素是齐纳电压和额定功率。齐纳二极管必须选择齐纳电压，必须降低其串联连接，或者它必须提供跨越并联连接。其次，其额定功率应足够，不限制负载设备或网络的电流。

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