齊納二極管的工作原理

齊納二極管或齊納二極管（半導體齊納二極管）是一種特殊的二極管，在pn結的反向偏壓條件下工作在穩定的擊穿模式。在發生這種擊穿之前，由於閉合齊納二極管的高電阻，只有非常小的電流流過齊納二極管，即漏電流。

但當故障發生時，電流瞬間增大，因為此時齊納二極管的微分電阻從幾分之一到幾百歐姆。以這種方式，齊納二極管兩端的電壓在相對較寬的反向電流範圍內非常精確地保持。

齊納二極管之所以稱為齊納二極管（源自英文Zener diode），是為了紀念首先發現隧道擊穿現象的科學家，美國物理學家克拉倫斯·梅爾文·齊納（Clarence Melvin Zener，1905—1993）。

齊納發現的 pn 結電擊穿與隧道效應有關，電子通過薄勢壘洩漏的現象現在稱為齊納效應，如今用於半導體齊納二極管。

效果實物圖如下。在 p-n 結的反向偏置中，能帶重疊，電子可以從 p 區的價帶移動到 n 區的導帶，由於 電場，這增加了自由載流子的數量，反向電流急劇增加。

因此，齊納二極管的主要目的是穩定電壓。工業上生產的半導體穩壓二極管穩壓從1.8V到400V，高、中、低功率，最大允許反向電流不同。

簡易穩壓器就是在此基礎上製成的。在圖中，齊納二極管用類似於二極管符號的符號表示，唯一的區別是齊納二極管的陰極以字母“G”的形式表示。

具有潛集成結構的齊納二極管，穩定電壓約為7V，是最準確和穩定的固態電壓參考源：它們的最佳例子在特性上接近於普通的Weston galvanic cell（汞鎘參考原電池）。

高壓雪崩二極管（“TVS-diodes”和“suppressors”）廣泛應用於各種設備的浪湧保護電路中，屬於齊納二極管的一種特殊類型。

如您所見，齊納二極管與傳統二極管不同，它工作在 I-V 特性的反向支路。在普通二極管中，如果對其施加反向電壓，故障可能會以三種方式之一發生（或同時發生）：隧道擊穿、雪崩擊穿和漏電流熱引起的擊穿。

矽齊納二極管的熱擊穿並不重要，因為它們的設計使得隧道擊穿、雪崩擊穿或兩種類型的擊穿在熱擊穿趨勢之前很久就同時發生。系列齊納二極管目前主要由矽製成。

5V以下擊穿是齊納效應的表現，5V以上擊穿是雪崩擊穿的表現。大約 5 V 的中間擊穿電壓通常是由這兩種效應的組合產生的。齊納二極管擊穿瞬間的電場強度約為30 MV/m。

齊納二極管擊穿發生在中摻雜的p型半導體和重摻雜的n型半導體中，隨著結溫的升高，齊納二極管剝離減少，雪崩擊穿貢獻增加。

齊納二極管具有以下典型特性。 Vz——穩定電壓。文檔為該參數指定了兩個值：最大和最小穩定電壓。 Iz 是最小穩定電流。 Zz 是齊納二極管的電阻。 Izk 和 Zzk — 直流電流和動態電阻。 Ir 和 Vr 是給定溫度下的最大漏電流和電壓。 Tc是溫度係數。 Izrm——齊納二極管的最大穩定電流。

齊納二極管被廣泛用作獨立的穩定元件，以及晶體管穩定器中的參考電壓源（參考電壓）。

為了獲得較小的參考電壓，齊納二極管也像普通二極管一樣正嚮導通，則一隻齊納二極管的穩定電壓為0.7—0.8伏。

齊納二極管主體消耗的最大功率通常在 0.125 至 1 瓦之間。通常，這對於保護電路正常運行以防止脈衝噪聲和構建低功率穩定器來說已經足夠了。