齐纳二极管的工作原理和应用特性介绍
齐纳二极管，英文名Zener Diode，又叫稳压二极管或击穿二极管，与标准PN结二极管基本相同，但它们经过专门设计，具有低且指定的反向击穿电压，可利用施加的任何反向电压给它。
齐纳二极管不仅允许电流从阳极流向阴极，还允许电流在达到齐纳电压时反向流动，这种效应称为齐纳效应。由于此功能，齐纳二极管是最常用的半导体二极管。
据了解，齐纳二极管是用各种各样的齐纳电压 (Vz) 制造的，有些甚至是可变的。Clarence Melvin Zener是第一个描述齐纳二极管电气特性的人。克拉伦斯·齐纳 (Clarence Zener) 是一位在贝尔实验室工作的理论物理学家，由于他的工作，齐纳二极管以他的名字命名。
齐纳二极管反向偏置工作原理
齐纳二极管在正向偏置时的工作方式与普通二极管一样。但是，当以反向偏置模式连接时，会有少量漏电流流过二极管。随着反向电压增加到预定的击穿电压（Vz），电流开始流过二极管。电流增加到最大值，这由串联电阻决定，然后在很宽的施加电压范围内稳定并保持恒定。
齐纳二极管有两种类型的故障：
- 雪崩击穿
- 齐纳击穿
齐纳二极管的雪崩击穿
正常二极管和齐纳二极管在高反向电压下都会发生雪崩击穿。当向PN结施加高值的反向电压时，自由电子获得足够的能量并以高速加速。这些高速运动的自由电子会碰撞其他原子并击落更多的电子。由于这种连续的碰撞，二极管中的电流迅速增加，从而产生大量的自由电子。电流的这种突然增加可能会永久性地破坏正常的二极管，但是，齐纳二极管被设计为在雪崩击穿下工作，并且可以承受电流的突然尖峰。雪崩击穿发生在齐纳电压 (Vz) 大于6V的齐纳二极管中。
齐纳二极管的齐纳击穿
当施加的反向偏压接近齐纳电压时，耗尽区的电场强度足以将电子从其价带中拉出。从耗尽区的强电场中获得足够能量的价电子脱离母原子。在齐纳击穿区，电压的小幅增加会导致电流的快速增加。
雪崩击穿与齐纳击穿的区别
- 齐纳效应在高达5.6伏的电压中占主导地位，而雪崩效应则超过该电压。
- 它们都是相似的效应，不同之处在于齐纳效应是一种量子现象，而雪崩效应是电子在价带中的运动，就像在任何电流中一样。
- 雪崩效应还允许通过二极管的电流比齐纳击穿允许的电流更大。
齐纳二极管的电路符号
齐纳二极管的封装方式有很多种。一些用于高功率耗散，而另一些则包含在表面贴装格式中。最常见的齐纳二极管类型包含在一个小的玻璃封装中，它的一端有一条带标记二极管的阴极侧。
从上图中可以看到，封装周围的带对应于二极管电路符号上的线，这可以很容易地记住两端。
齐纳二极管电路符号在条的末端放置两个标签，如上图所示，一个在向上方向，另一个在向下方向。这有助于将齐纳二极管与电路中的其他形式的二极管区分开来。
齐纳二极管的VI特性
下图显示了齐纳二极管的VI特性，当反向偏置电压施加到齐纳二极管时，它只允许少量的漏电流，直到电压低于齐纳电压。
其实，齐纳二极管的VI特性可分为以下两部分：
- 正向特性
- 反向特性
在上图中，第一象限代表齐纳二极管的正向特性。从图中可以看到它与任何其他PN结二极管的正向特性几乎相同。
齐纳二极管的反向特性
当反向电压施加到齐纳电压时，最初有一个小的反向饱和电流Io 流过二极管。该电流是由热产生的少数载流子引起的。随着反向电压的增加，在一定的反向电压值下，反向电流急剧急剧增加。这表明发生了故障。我们将此电压称为击穿电压或齐纳电压，用Vz表示。
齐纳二极管的主要规格
齐纳二极管的一些常用规格如下：
- 齐纳/击穿电压：齐纳或反向击穿电压范围为2.4 V至200 V，有时可高达1 kV，而表面贴装器件的最大值为47 V。
- 电流 Iz (max)：额定齐纳电压下的最大电流 (Vz – 200μA至200 A)。
- 电流 Iz (min)：二极管击穿所需电流的最小值。
- 额定功率：它表示齐纳二极管可以消耗的最大功率，由二极管的电压和流过它的电流的乘积给出。
- 温度稳定性：5 V左右的二极管具有最佳稳定性。
- 电压容差：通常为±5%。
- 齐纳电阻 (Rz)：齐纳二极管的电阻。
齐纳二极管的主要应用
以下是齐纳二极管的应用特性，主要有3个方面。
- 齐纳压二极管用作稳压器：齐纳二极管用作并联电压调节器，用于调节小负载上的电压。齐纳二极管的击穿电压在很宽的电流范围内是恒定的。齐纳二极管与负载并联，使其反向偏置，一旦齐纳二极管超过拐点电压，负载两端的电压将变为恒定。
- 过压保护中的齐纳二极管：当输入电压高于齐纳断路电压时，电阻两端的电压下降导致短路。这可以通过使用齐纳二极管来避免。
- 限幅电路中的齐纳二极管：齐纳二极管用于通过限制交流波形的一个或两个半周期的部分来修改交流波形限幅电路。
齐纳二极管的标准齐纳电压
下图是齐纳二极管的标准齐纳电压，仅供参考：
总结
简单来说，齐纳二极管是一种允许电流正向或反向流动的半导体器件，主要用作并联电压调节器。齐纳二极管与负载并联以使其反向偏置，一旦齐纳二极管超过拐点电压，负载两端的电压就会变为恒定。
齐纳二极管和普通二极管的主要区别在于电流的通过。普通二极管允许电流仅沿一个方向流动，而齐纳二极管允许电流沿两个方向流动。
