齐纳二极管工作原理与应用详解

齐纳二极管工作原理与应用详解

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新浪网

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https://finance.sina.com.cn/tech/roll/2024-08-08/doc-inchwxxe3002613.shtml

齐纳二极管是电子工程中一种特殊的半导体器件，它在反向偏置条件下能够稳定地维持特定电压，因此在电路中有着广泛的应用。本文将详细介绍齐纳二极管的工作原理、关键参数以及在实际电路中的应用。

图1：齐纳二极管实物图和电路符号

齐纳二极管的工作原理

齐纳二极管与普通二极管的主要区别在于其掺杂程度和导电特性。齐纳二极管采用重掺杂，这使得其PN结的耗尽层非常薄，从而在正向和反向偏置条件下都能导电。

正向偏置特性

在正向偏置时，齐纳二极管的行为类似于普通二极管。当正向电压达到约0.8V时，二极管开始导通，正向电流随电压呈指数增长。

反向偏置特性

在反向偏置条件下，当反向电压达到齐纳电压（VZ）时，齐纳二极管会发生击穿，开始导通反向电流。这种击穿可以分为两种类型：齐纳击穿和雪崩击穿。

• 齐纳击穿：发生在低击穿电压（<5V）的齐纳二极管中，由耗尽区的强电场将电子从价带拉出引起。
• 雪崩击穿：发生在高击穿电压（>5V）的齐纳二极管中，由高速电子碰撞原子释放更多电子引起。

图2：齐纳二极管的齐纳和雪崩击穿示意图

齐纳二极管的关键参数

• 齐纳电压（VZ）：使二极管导通的反向偏置电压，范围通常为2.4V至数百伏。
• 最大电流（Iz-max）：在反向击穿电压下允许通过的最大电流，计算公式为Iz=Pz/Vz。
• 最小电流（Iz-min）：使二极管击穿所需的最小电流，通常为5mA至10mA。
• 额定功率：二极管可以安全耗散的最大功率，常用值包括400mW、500mW、1W、3W和5W。
• 齐纳电阻：二极管提供的总电阻，计算公式为R=(Vi-Vz)/Iz。
• 容差：齐纳电压的允许偏差范围，通常为±5%。
• 温度系数：温度变化对齐纳电压的影响，计算公式为ΔVz=VzTCΔT。

齐纳二极管的应用

齐纳二极管在电路中具有多种应用，主要包括：

电压参考

最基本的齐纳二极管电路由一个齐纳二极管和一个限流电阻组成，用于提供稳定的参考电压。

图3：基本电压基准齐纳二极管电路

稳压器

通过与运算放大器结合使用，可以设计出更精确的稳压电路。

图4：使用齐纳二极管和运算放大器的改进电压调节电路

过压保护

当输入电压超过齐纳击穿电压时，齐纳二极管导通，保护后续电路免受过压损害。

限幅

齐纳二极管可以用于削波电路，将交流信号限制在特定电压范围内。

浪涌抑制

在电源电路中，齐纳二极管可以吸收瞬态电压尖峰，保护敏感元件。

使用技巧

• 保持流经齐纳二极管的电流恒定，以维持稳定的输出电压。
• 使用射极跟随器电路可以减少负载变化对齐纳二极管的影响。
• 选择合适的齐纳电压，通常5.6V或5.1V是常用值。
• 确保电流在最小和最大限制之间，避免过载或欠载。

总结

齐纳二极管是一种功能强大的电路元件，广泛应用于各种电子设备中。通过理解其工作原理和关键参数，可以更好地利用齐纳二极管实现电路设计中的电压稳定和保护功能。

本文原文来自新浪科技