齐纳二极管是如何工作的？如何测试齐纳二极管？

齐纳二极管符号与标准p-n结二极管的符号非常相似，唯一的变化是垂直条上的弯曲边缘。齐纳二极管符号由阳极和阴极端子组成。阳极端子是+ve端子，而阴极端子是-ve端子。它在两个方向上工作，正向偏置和反向偏置。它主要用于反向偏置模式。

当反向偏置时，普通硅二极管停止所有电流，并在反向电压过高时被破坏。因此，这些二极管永远不会被故意驱动在故障区域。

另一方面，齐纳二极管是独一无二的。它们经过精确制造，可在击穿区域无故障运行。因此，齐纳二极管有时被称为击穿二极管。

I. 什么是齐纳二极管？

齐纳二极管是PN结二极管的一种形式，可以传导正向和反向电流。它包含强掺杂区域，主要用于反向传导电流。当反向电压超过称为反向击穿或齐纳击穿电压的特定限制时，它开始以另一种方式传导。

与常规二极管不同，齐纳二极管可以并且专门设计用于在反向击穿区工作。在击穿区域期间，当电流变化时，器件两端的电压保持恒定。

齐纳二极管规格

击穿电压：击穿电压在 2.4 伏到 200 伏之间变化。

电流（最大）Iz：这是额定齐纳电压下的最大电流，Vz 范围为 200 微安至 200 安培。

电流 Iz（最小）：二极管故障所需的最小电流量。

额定功率：这是二极管可以消耗的最大功率。它是流过二极管的电压和电流。

温度稳定性：5V对于二极管的最佳温度稳定性是必要的。

二、什么是齐纳二极管符号

齐纳二极管中的电流从阳极传递到阴极，从阴极传递到阳极。齐纳二极管符号与标准p-n结二极管符号相同，但垂直条上有弯曲边缘。

齐纳二极管在电路图中的符号

齐纳二极管符号

三、齐纳二极管电路图

齐纳二极管电路图如下图所示。反向偏置时，使用齐纳二极管。反向偏置意味着将二极管的n型材料连接到电源的正极端子，将P型材料连接到电源的负端子。由于二极管由强掺杂的半导体材料组成，因此耗尽区域非常窄。

IV. 齐纳二极管如何工作？

当用于具有正向偏置的电路时，齐纳二极管的行为与任何其他二极管类似。当电路反向偏置时，电流停止，直到达到齐纳电压。这一特性非常重要，因为它允许在承载大电流的同时进行可靠的电压管理。齐纳电压可以根据需要通过掺杂器件进行微调。

虽然齐纳二极管的电流-电压（I-V）曲线类似于普通p-n结二极管，但齐纳二极管的I-V特性曲线中有三个不同的区域。

图 2.齐纳二极管I-V特性曲线和使用齐纳二极管的稳压器的电路图

正向偏置区域定义为施加电压正向偏置且器件允许正向偏置电流流动的区域。施加的电压在反向偏置区反向偏置，电流也是如此，在施加的电压超过齐纳电压后，电流在击穿区域显着上升。

齐纳二极管的工作原理涉及三种不同的现象。

在反向偏置电压下，齐纳击穿发生在雪崩击穿之前。当电子在二极管的耗尽区上空进行量子隧道时，就会发生齐纳击穿，而当耗尽区的少数载流子撞击其他原子形成新的载流子时，就会发生雪崩击穿。

二极管中发生反向偏置电流的击穿电压称为齐纳电压。阈值电压是施加的电场变得足够高，以提供电子通过其他禁止位置进行量子隧道所需的能量的点。

一般来说，齐纳二极管在反向偏置电路中是有益的。齐纳二极管在正向偏置条件下的作用与任何其他二极管相同。

V. 如何测试齐纳二极管？

图2还描述了稳压器中齐纳二极管的基本设计。该电路布置可用于测试和确定器件的齐纳电压特性。在齐纳二极管两端放置一个输入电压，并使用电压表或类似器件探测负载电阻，以测量输出齐纳电压。与电压输入串联的电阻控制输入电流。在负载两端测量的电压是齐纳电压。假设反向偏置电流不超过器件的热限制，二极管可以承载大量电流，同时在负载两端保持稳定的电压。

六、雪崩击穿和齐纳击穿的差异

雪崩击穿是由耗尽区电子之间的碰撞引起的，而齐纳击穿是由高电场引起的。

在弱掺杂的P-N结二极管中，会发生雪崩击穿，而在基本掺杂的P-N结二极管中，会发生齐纳二极管。

二极管在雪崩击穿后无法恢复其初始位置，但可以在齐纳击穿后重新获得初始位置。

在齐纳击穿的情况下，耗尽区的电场大于雪崩击穿的情况。

雪崩击穿产生两对空穴和电子，而齐纳击穿由于强电场而仅产生电子。

雪崩击穿是由高反向电压引起的，而齐纳击穿是由低反向电压引起的。

雪崩击穿具有正温度系数，这意味着它随着温度的升高而增长，而齐纳击穿具有负温度系数，这意味着它随着温度的升高而下降。

与雪崩击穿相比，齐纳击穿的V-I特性具有很强的曲线。

七、齐纳二极管的V-I特性

V-I特性，也称为伏安特性，是一张将电流变化描述为施加在结上的电压的函数的图形。齐纳二极管的V-I特性分为两种类型：正向特性和反向特性。让我们深入探讨它们。

7.1 前向特性

齐纳二极管的前向偏置特性见上图的第一象限。该图清楚地表明，齐纳二极管的正向偏置特性与典型的P-N结二极管相同，即增加端子周围的电压会增加流过电路的电流。然而，由于齐纳二极管中的掺杂浓度增加，流过它的电流量大于典型的P-N二极管。

7.2 反向特性

当齐纳二极管反向偏置时，由于少量电荷载流子的热产生，起初只有少量漏电流流过电路，但是当施加的反向电压进一步增加到反向电压的一定值时，就会发生击穿，并且观察到反向电流急剧增加。齐纳电压（Vz）是发生击穿的反向电压的值，齐纳效应是击穿效应。通过齐纳二极管的电流可能会受到外部电阻的限制。流过二极管的电压（V）可以使用以下公式定量估计，

V=Vz+IzRz

其中Vz是Zenere击穿电压，Iz是流过齐纳二极管的电流，Rz是齐纳电阻。

八、齐纳二极管的优点

齐纳二极管价格低廉。

它保持输入电压稳定并进行调整。

它具有简单的电路，并且非常兼容。

它通常用于保护电子设备免受电路中的过电压影响。

在输出端子上，它提供恒定电压。

它能够控制电路中的过流。

它用作波形剪辑器。

九、齐纳二极管的缺点

齐纳二极管施加更多的反向电压来平衡多余的输入电压，这在此过程中浪费了大量功率。

由于齐纳二极管在大负载电流下效率会降低，因此在负载电流过高的情况下不适合齐纳二极管。

输出电压因齐纳电阻而略有变化。

该电路具有高内部阻抗。

对于调节电压，晶体管优于齐纳二极管，因为它们具有更高的调节比。

我们无法改变输出电压，因为齐纳电压等于输出电压（Vo=Vz）。

X. 雪崩击穿与齐纳击穿

雪崩击穿和齐纳击穿之间的主要区别如下表所示：

十一、齐纳二极管的应用

齐纳二极管的主要应用如下：

快船电路

电压转换

电压调节

过压保护

十二、齐纳二极管作为稳压器

稳压器旨在保持恒定的负载电压，尽管负载电流和电源电压可变。对于齐纳二极管，齐纳电压提供电压控制。在反向导模式下，齐纳二极管在其端子上保持恒定电压，同时改变流经它的电流。因此，并联负载两端的电压保持不变。

结论

正向偏置时，齐纳二极管用作简单二极管（导通）。

当反向偏置至齐纳电压时，齐纳二极管可用作开关（关断）（VZ）。

从齐纳电压（VZ）到雪崩击穿，齐纳二极管的输出几乎恒定，等于齐纳电压（VZ）。

在齐纳模式下工作时，输入电压的微小变化会导致齐纳电流（IZ）快速增加，这可以通过使用串联电阻（RS）来降低。

电源、稳压器、保护电路和波形整形器是齐纳二极管最典型的应用。

通常建议在使用齐纳二极管之前研究齐纳二极管的数据表，以确定其额定特性，以根据设计要求确定其额定特性。