齐纳二极管

PN结反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿，一般两种击穿同时存在，但在电压低于 5－6V时的击穿以齐纳击穿为主，而电压高于5－6V时的击穿以雪崩击穿为主。

两者的区别对于稳压管来说，主要是：

电压低于5－6V的稳压管，齐纳击穿为主，稳压值的温度系数为负。

电压高于5－6V的稳压管，雪崩击穿为主，稳压管的温度系数为正。

电压在5－6V之间的稳压管，两种击穿程度相近，温度系数最好， 这就是为什么许多电路使用5－6V稳压管的原因。

稳压管的原理决定了它的反应速度是不可能很快的 速度要求高的场合都用二极管＋基准电压 如果只是要做保护，用TVS

稳压管主要用于稳压，通过的电流越小越好

五、在稳压管的击空机理中，为什么 VZ<4V是齐纳击穿，VZ>7V是雪崩击空？三极管的发射结，发射区掺杂浓度高，基区掺杂浓度低，如果击穿，又属于什么机理？ 答：齐纳击穿是由于空间电荷区内的强电场把半导体原子共价键内的束缚电子强行拉出，新的电子-空穴对大量涌现而发生的。掺杂浓度高的二极管，结区很窄，不太高的反向电压就能引起齐纳击穿。所以，稳定电压低 （VZ<4V）时是齐纳击穿。雪崩击穿则是由于参与漂移的少子进入空间电荷区后，在电场作用下，运动速度增大，得到足够的动能，在撞击其它离子时，大量产生新的电子-空穴对。这一现象中有连锁反应，最后导致击穿。掺杂浓度低的二极管，结区较宽，少子在运动时，能获得较大的动能，导致雪崩击穿。但由于结区较宽，要产生一定的电场强度，所需反向电压也较高。所以，稳定电压VZ>7V的属于雪崩击穿。 三极管中的发射结是P+N 或 PN+ 结。这种ＰＮ结的击穿电压由掺杂浓度低的基区的掺杂情况决定，属于雪崩击穿。掺杂浓度愈低，击穿电压愈高。

<返回>六、如何用较简单的办法测试稳压管的极性和好坏？如何区分整流用的二极管和稳压管？

答：在一定范围内，稳压管和二极管都有单向导电性，所以可用测二极管极性和好坏的办法来测试稳压管的极性和好坏。两者不同之处是：稳压管的反向击穿电压比较低（几伏到十几伏），而二极管的反向击穿电压都在50V以上。所以，如果万用表的欧姆档内接有15V或22.5V的电池，用高阻档（此时所接电池为15V或22.5Ｖ）测一个管子的反向电阻时电阻很小，而改用低阻档（此时欧姆档所接电池只有1.5V或3Ｖ）时，反向电阻很大，这个管子可能就是稳压管。

电涌保护器(Surge protection Device)是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，过去常称为“避雷器”或“过电压保护器”英文简写为SPD。电涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损

坏。

电涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同，但它至少应包含一个非线性电压限制元件。用于电

涌保护器的基本元器件有：放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈等。

一、SPD的分类： 1、按工作原理分：

1．开关型：其工作原理是当没有瞬时过电压时呈现为高阻抗，但一旦响应雷电瞬时过电压时，其阻抗就突变为低值，允许雷电流通过。用作此类装置时器件有：放电间隙、气体放电管、闸流晶体管等。 2．限压型：其工作原理是当没有瞬时过电压时为高阻扰，但随电涌电流和电压的增加其阻抗会不断减小，其电流电压特性为强烈非线性。用作此类装置的器件有：氧化锌、压敏电阻、抑制二极管、雪崩二

极管等。

3．分流型或扼流型

分流型：与被保护的设备并联，对雷电脉冲呈现为低阻抗，而对正常工作频率呈现为高阻抗。 扼流型：与被保护的设备串联，对雷电脉冲呈现为高阻抗，而对正常的工作频率呈现为低阻抗。

用作此类装置的器件有：扼流线圈、高通滤波器、低通滤波器、1/4波长短路器等。 按用途分：(1)电源保护器：交流电源保护器、直流电源保护器、开关电源保护器等。 (2)信号保护器：低频信号保护器、高频信号保护器、天馈保护器等。

二、SPD的基本元器件及其工作原理：

1．放电间隙(又称保护间隙)：

它一般由暴露在空气中的两根相隔一定间隙的金属棒组成，其中一根金属棒与所需保护设备的电源相线L1或零线（N）相连，另一根金属棒与接地线(PE)相连接，当瞬时过电压袭来时，间隙被击穿，把一部分过电压的电荷引入大地，避免了被保护设备上的电压升高。这种放电间隙的两金属棒之间的距离可按需要调整，结构较简单，其缺点时灭弧性能差。改进型的放电间隙为角型间隙，它的灭弧功能较前者为好，

它是靠回路的电动力F作用以及热气流的上升作用而使电弧熄灭的。

2．气体放电管：

它是由相互离开的一对冷阴板封装在充有一定的惰性气体(Ar)的玻璃管或陶瓷管内组成的。为了提高

放电管的触发概率，在放电管内还有助触发剂。这种充气放电管有二极型的，也有三极型的，

气体放电管的技术参数主要有：直流放电电压Udc;冲击放电电压Up(一般情况下Up≈(2～3)Udc;工频而

授电流In;冲击而授电流Ip；绝缘电阻R(>109Ω)；极间电容(1-5PF)

气体放电管可在直流和交流条件下使用，其所选用的直流放电电压Udc分别如下：在直流条件下使用：

Udc≥1.8U0（U0为线路正常工作的直流电压）

在交流条件下使用：U dc≥1.44Un(Un为线路正常工作的交流电压有效值)

3．压敏电阻：

它是以ZnO为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻，当作用在其两端的电压达到一定数值后，电阻对电压十分敏感。它的工作原理相当于多个半导体P-N的串并联。压敏电阻的特点是非线性特性好（I=CUα中的非线性系数α），通流容量大（～2KA/cm2），常态泄漏电流小（10-7～10-6A），残压低（取

决于压敏电阻的工作电压和通流容量），对瞬时过电压响应时间快（～10-8s），无续流。 压敏电阻的技术参数主要有：压敏电压（即开关电压）UN，参考电压Ulma；残压Ures；残压比

K(K=Ures/UN)；最大通流容量Imax；泄漏电流；响应时间。

压敏电阻的使用条件有：压敏电压：UN≥[（√2×1.2）/0.7]U0（U0为工频电源额定电压）

最小参考电压：Ulma≥（1.8～2）Uac (直流条件下使用)

Ulma≥（2.2～2.5）Uac（在交流条件下使用，Uac为交流工作电压）

压敏电阻的最大参考电压应由被保护电子设备的耐受电压来确定，应使压敏电阻的残压低于被保护电子设备的而损电压水平，即(Ulma)max≤Ub/K，上式中K为残压比，Ub为被保护设备的而损电压。

4．抑制二极管：

抑制二极管具有箝位限压功能，它是工作在反向击穿区，由于它具有箝位电压低和动作响应快的优点，特别适合用作多级保护电路中的最末几级保护元件。抑制二极管在击穿区内的伏安特性可用下式表示：

I=CUα，上式中α为非线性系数，对于齐纳二极管α=7～9，在雪崩二极管α=5～7。

抑制二极管的技术参数主要有

（1）额定击穿电压，它是指在指定反向击穿电流（常为lma）下的击穿电压，这于齐纳二极管额定击

穿电压一般在2.9V～4.7V范围内，而雪崩二极管的额定击穿电压常在5.6V～200V范围内。 （2）最大箝位电压：它是指管子在通过规定波形的大电流时，其两端出现的最高电压。 （3）脉冲功率：它是指在规定的电流波形（如10/1000μs）下，管子两端的最大箝位电压与管子中电

流等值之积。

（4）反向变位电压：它是指管子在反向泄漏区，其两端所能施加的最大电压，在此电压下管子不应击穿。此反向变位电压应明显高于被保护电子系统的最高运行电压峰值，也即不能在系统正常运行时处于弱

导通状态。

（5）最大泄漏电流：它是指在反向变位电压作用下，管子中流过的最大反向电流。

（6）响应时间：10-11s

5．扼流线圈：扼流线圈是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。扼流线圈使用在平衡线路中能有效地抑制共模

干扰信号（如雷电干扰），而对线路正常传输的差模信号无影响。

这种扼流线圈在制作时应满足以下要求：

1）绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。

2）当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。

当二极管反向电压大于二极管的反向击穿电压时，二极管要发生击穿现象。二极管的击穿分为雪崩击穿和齐纳击穿两类。雪崩击穿是一种损坏型击穿，他将彻底损坏二极管，因此也是一种不可恢复型击穿。但是当二极管发生齐纳击穿时，只要击穿电流还未到达雪崩击穿所需的电流时，二极管并不损坏，而且使二极管反向电压固定在一个特定值上。当加在二极管两端的方向电压消失后二极管会自动恢复，不会损坏。这种击穿称为齐纳击穿。人们利用二极管齐纳击穿的这个特性，制成稳压二极管。称为齐纳二极管，一般都称为稳压二极管。

击穿分绝缘材料击穿和PN结击穿。

绝缘材料击穿是电压超过了结缘材料的耐压值后产生的导电现象，这个时刻往往电流急剧增大，产生巨大的能量把材料烧毁。

PN结击穿有齐纳击穿、雪崩击穿及热击穿。

齐纳击穿和雪崩击穿都是电击穿，电压降低后PN结完好如初。齐纳击穿很好的用途就是稳压，雪崩击穿通常用于白噪声源。

热击穿是指温度超过了PN结的允许温度发生了物理性的击穿，温度恢复后PN结要么性能改变、要么彻底损坏。电击穿不加电流限制就会同时发生热击穿，PN就是这样损坏的。

肖特基二极管（SBD）以正向大电流为标志，特点：①反向恢复时间短，工作频率高②正向压降小，开启电压低，正向导通损耗小③开关时间短，开关损耗远小于普通二极管④SBD耐压较低，反向漏电流较大，温度特性较差。 当二极管反向电压大于二极管的反向击穿电压时，二极管要发生击穿现象。二极管的击穿分为雪崩击穿和齐纳击穿两类。雪崩击穿是一种损坏型击穿，他将彻底损坏二极管，因此也是一种不可恢复型击穿。但是当二极管发生齐纳击穿时，只要击穿电流还未到达雪崩击穿所需的电流时，二极管并不损坏，而且使二极管反向电压固定在一个特定值上。当加在二极管两端的方向电压消失后二极管会自动恢复，不会损坏。这种击穿称为齐纳击穿。人们利用二极管齐纳击穿的这个特性，制成稳压二极管。称为齐纳二极管，一般都称为稳压二极管。 肖特基和齐纳管,通常是用来稳压的,都是稳压管的一种,区别在于击穿的机理和稳压的效果

反向伏安性

当PN结外加反相电压|vD|小于击穿电压（VBR）时，iD≈–IS。IS很小且随温度变化。当反向电压的绝对值达到|VBR|后，反向电流会突然增大，此时PN结处于“反向击穿”状态。发生反向击穿时，在反向电流很大的变化范围内，PN结两端电压几乎不变。

反向击穿分为电击穿和热击穿，电击穿包括雪崩击穿和齐纳击穿。PN结热击穿后电流很大，电压又很高，消耗在结上的功率很大，容易使PN结发热，把PN结烧毁。热击穿是不可逆的。

雪崩击穿

如果掺杂浓度低，耗尽层宽度较宽，那么低反向电压部会产生齐纳击穿。当PN结反向电压增加时，空间电荷区中的电场随着增强。这样，通过空间电荷区的电子和空穴（少子），就会在电场作用下获得的能量增大，在晶体中运动的电子和空六将不断地与晶体原子又发生碰撞，当电子和空穴的能量足够大时，通过这样的碰撞的可使共价键中的电子激发形成自由电子–空穴对。新产生的电子和空穴也向相反的方向运动，重新获得能量，又可通过碰撞，再产生电子–空穴对，这就是载流子的倍增效应。当反向电压增大到某一数值后，载流子的倍增情况就像在陡峻的积雪山坡上发生雪崩一样，载流子增加得多而快，这样，反向电流剧增， PN结就发生雪崩击穿。

齐纳击穿

在加有较高的反向电压下，PN结空间电荷区中存一个强电场，它能够破坏共价键，将束缚电子分离出来产生电子–空穴对，形成较大的反向电流。发生齐纳击穿需要的电场强度约为2×105V/cm，这只有在杂质浓度特别大的PN结中才能达到。因为杂质浓度大，空间电荷区内电荷密度（即杂质离子）也大，因而空间电荷区很窄，电场强度可能很高。

一般说来，击穿电压小于6V时所发生的击穿为齐纳击穿，高于6V时所发生的击穿为雪崩击穿。

热击穿

上述的电击穿过程是可逆的，也就是说当PN结击穿时，只要PN结的反向电流限制在一定的范围内，使消耗在PN结上的功率未超出最大允许值，PN结未被烧毁，那么反向电压减小后，PN结仍可恢复成原来的正常状态。但是，如果反向电压和反向电流过大，使消耗在PN结上的功率超出了最大允许值，就将因PN结结温过高，导致PN结被烧毁，我们称它为热击穿。热击穿将导致PN结的永久性损坏，所以在工程上一定要避免出现。常用的方法是限制PN结上的功耗或通过加散热片、强制风冷等手段，及时地把PN结上的热量散发出去。