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  • 齊納二極管的工作原理
    • 發布時間:2019-12-20 14:39:01
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    齊納二極管的工作原理
    在正常情況下,反向偏置PN結中只有很小的電流。該泄漏電流保持恒定,直到反向電壓超過某個值。在此值之后,PN結突然開始具有大電流傳導(圖1.15)。這種突然和顯著的反向傳導是反向擊穿,如果沒有外部措施限制電流,可能會對器件造成損壞。反向擊穿通常設定固態器件的最大工作電壓。但是,如果采取適當的預防措施來限制電流,則反向擊穿可以用作非常穩定的參考電壓。
    齊納二極管的工作原理
    圖1.15 PN結二極管的反向擊穿
    導致反向擊穿的一種機制是雪崩多重現象。考慮反向偏置PN結。隨著偏壓的增加,耗盡區域變寬,但不足以阻止電場強化。強大的電場以非常高的速度加速一些載流子穿過耗盡區。當這些載流子與晶體中的原子碰撞時,它們會撞擊松散的價電子并產生額外的載流子。因為載體可以通過撞擊產生額外的數千個外部載流子,就像雪球會產生雪崩一樣,因此這個過程被稱為雪崩多重現象。
    反向擊穿的另一種機制是隧道效應。隧道是一種量子機制過程,無論任何障礙物,粒子都可以移動一小段距離。如果耗盡區足夠薄,則載流子可以通過隧穿跳過。隧穿電流主要由耗盡區的寬度和結上的電壓差決定。由隧道引起的反向擊穿稱為齊納擊穿。
    結的反向擊穿電壓取決于耗盡區的寬度。耗盡區越寬,所需的擊穿電壓越高。如前所述,摻雜越輕,耗盡區越寬,擊穿電壓越高。當擊穿電壓小于5伏時,耗盡區太薄,主要是齊納擊穿。當擊穿電壓高于5伏時,主要是雪崩擊穿。設計用于反向導通狀態的PN二極管根據主導工作機制稱為齊納二極管或雪崩二極管。齊納二極管的擊穿電壓小于5伏,而雪崩二極管的擊穿電壓高于5伏。工程師經常將它們稱為齊納管,無論它們如何工作。因此,主要依賴于雪崩擊穿工作的7V齊納管可能會造成混淆。
    實際上,結的擊穿電壓不僅與其摻雜特性有關,而且與其幾何形狀有關。上面的討論分析了平面結,其中兩個均勻摻雜的半導體區域在一個平面中相交。雖然一些真正的結接近這個理想,但大多數結是彎曲的。曲率增強了電場并降低了擊穿電壓。曲率半徑越小,擊穿電壓越低。該效應對薄結的擊穿電壓有很大影響。大多數肖特基二極管在金屬 - 硅界面的邊緣處具有明顯的故障。除非有特殊措施來削弱肖特基勢壘邊緣的電場,否則電場增強可以大大降低肖特基二極管的測量擊穿電壓。
    齊納二極管的工作原理
    圖1.16是上面討論的所有電路符號。 PN結使用直線表示陰極,而肖特基二極管和齊納二極管對陰極端進行一些修改。在所有這些圖例中,箭頭的方向表示二極管正向偏置下的電流方向。在齊納二極管中,此箭頭可能有些誤導,因為齊納二極管通常在反向偏置狀態下工作。對于不經意的觀察者,該符號應插入短語“方向反轉”旁邊。
    圖1.16 PN結,肖特基二極管和齊納二極管的電路圖符號。在一些電路圖符號中,箭頭是空心或半箭頭。 
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