在通常情況下，反向偏置的PN結中隻有一個很小的電流。這個漏電流一直保持一個常數，直到反向電壓超過某個特定的值，超過這個值之後PN結突然開始有大電流導通（圖1）。這個突然的意義重大的反向導通就是反向擊穿，如果沒有一些外在的措施來限製電流的話，它可能導致器件的損壞。

 

fanxiangjichuantongchangshezhilegutaiqijiandezuidagongzuodianya。raner
，ruguocaiqushidangdeyufangcuoshilaixianzhidianliudehua

，fanxiangjichuandejienengzuoweiyigefeichangwendingdecankaodianya。 

 

圖1. PN結二極管的反向擊穿

 

導致反向擊穿的一個機製是avalanche multiplication（雪崩倍增）。考慮一個反向偏置的PN結(jie)。耗(hao)盡(jin)區(qu)隨(sui)著(zhe)偏(pian)置(zhi)上(shang)升(sheng)而(er)加(jia)寬(kuan)，但(dan)還(hai)不(bu)夠(gou)快(kuai)到(dao)阻(zu)止(zhi)電(dian)場(chang)的(de)加(jia)強(qiang)。強(qiang)大(da)的(de)電(dian)場(chang)加(jia)速(su)了(le)一(yi)些(xie)載(zai)流(liu)子(zi)以(yi)非(fei)常(chang)高(gao)的(de)速(su)度(du)穿(chuan)過(guo)耗(hao)盡(jin)區(qu)。當(dang)這(zhe)些(xie)載(zai)流(liu)子(zi)碰(peng)撞(zhuang)到(dao)晶(jing)體(ti)中(zhong)的(de)原(yuan)子(zi)時(shi)

，他(ta)們(men)撞(zhuang)擊(ji)鬆(song)的(de)價(jia)電(dian)子(zi)且(qie)產(chan)生(sheng)了(le)額(e)外(wai)的(de)載(zai)流(liu)子(zi)。因(yin)為(wei)一(yi)個(ge)載(zai)流(liu)子(zi)能(neng)通(tong)過(guo)撞(zhuang)擊(ji)來(lai)產(chan)生(sheng)額(e)外(wai)的(de)成(cheng)千(qian)上(shang)外(wai)的(de)載(zai)流(liu)子(zi)就(jiu)好(hao)像(xiang)一(yi)個(ge)雪(xue)球(qiu)能(neng)產(chan)生(sheng)一(yi)場(chang)雪(xue)崩(beng)一(yi)樣(yang)，所(suo)以(yi)這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)叫(jiao)avalanche multiplication。

 

反向擊穿的另一個機製是tunneling（隧道效應）。Tunneling是一種量子機製過程，它能使粒子在不管有任何障礙存在時都能移動一小段距離。如果耗盡區足夠薄，那麼載流子就能靠tunneling跳躍過去。Tunneling電流主要取決於耗盡區寬度和結上的電壓差。Tunneling引起的反向擊穿稱為齊納擊穿。

 

jiedefanxiangjichuandianyaqujueyuhaojinqudekuandu。haojinquyuekuanxuyaoyuegaodejichuandianya。jiuruxianqiantaolundeyiyang，chanzadeyueqing

，haojinquyuekuan，jichuandianyayuegao。dangjichuandianyadiyu5伏時，耗盡區太薄了，主要是齊納擊穿。當擊穿電壓高於5伏時
，主要是雪崩擊穿。

 

設計出的主要工作於反向導通的狀態的PN二極管根據占主導地位的工作機製分別稱為齊納二極管或雪崩二極管。齊納二極管的擊穿電壓低於5伏，而雪崩二極管的擊穿電壓高於5伏。通常工程師們不管他們的工作原理都把他們稱為齊納管。因此主要靠雪崩擊穿工作的7V齊納管可能會使人迷惑不解。

 

實shi際ji上shang，結jie的de擊ji穿chuan電dian壓ya不bu僅jin和he它ta的de摻chan雜za特te性xing有you關guan還hai和he它ta的de幾ji何he形xing狀zhuang有you關guan。以yi上shang討tao論lun分fen析xi了le一yi種zhong由you兩liang種zhong均jun勻yun摻chan雜za的de半ban導dao體ti區qu域yu在zai一yi個ge平ping麵mian相xiang交jiao的de平ping麵mian結jie。盡jin管guan有you些xie真zhen正zheng的de結jie近jin似si這zhe種zhong理li想xiang情qing況kuang，大da多duo數shu結jie是shi彎wan曲qu的de。曲qu率lv加jia強qiang了le電dian場chang，降jiang低di了le擊ji穿chuan電dian壓ya。曲qu率lv半ban徑jing越yue小xiao，擊ji穿chuan電dian壓ya越yue低di。這zhe個ge效xiao應ying對dui薄bo結jie的de擊ji穿chuan電dian壓ya有you很hen大da的de影ying響xiang。大da多duo數shu肖xiao特te基ji二er極ji管guan在zai金jin屬shu－矽交界麵邊緣有一個很明顯的斷層。電場強化能極大的降低肖特基二極管的測量擊穿電壓，除非有特別的措施能削弱Schottky barrier邊緣的電場。

 

圖2是以上所討論的所有的電路符號。PN結(jie)用(yong)一(yi)根(gen)直(zhi)線(xian)代(dai)表(biao)陰(yin)極(ji)，而(er)肖(xiao)特(te)基(ji)二(er)極(ji)管(guan)和(he)齊(qi)納(na)二(er)極(ji)管(guan)則(ze)對(dui)陰(yin)極(ji)端(duan)做(zuo)了(le)一(yi)些(xie)修(xiu)飾(shi)。在(zai)所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)圖(tu)例(li)中(zhong)，箭(jian)頭(tou)的(de)方(fang)向(xiang)都(dou)表(biao)示(shi)了(le)二(er)極(ji)管(guan)正(zheng)向(xiang)偏(pian)置(zhi)下(xia)的(de)電(dian)流(liu)方(fang)向(xiang)。在(zai)齊(qi)納(na)二(er)極(ji)管(guan)中(zhong)，這(zhe)個(ge)箭(jian)頭(tou)可(ke)能(neng)有(you)些(xie)誤(wu)導(dao)
，因(yin)為(wei)齊(qi)納(na)管(guan)通(tong)常(chang)工(gong)作(zuo)在(zai)反(fan)向(xiang)偏(pian)置(zhi)狀(zhuang)態(tai)下(xia)。對(dui)於(yu)casual observer來說，這個符號出現時旁邊應該再插入一句“方向反了”。 

 

圖2  PN結，肖特基，和齊納二極管的電路圖符號。有些電路圖符號中箭頭是空心的或半個箭頭

 

經常看到有問關於穩壓管（齊納管）的問題，所以略做總結:

 

齊納管一般有兩種用法（以下IZ為工作電流，UZ為標稱穩壓電壓

，UW為實際工作電壓）：1 正常工作時處於"導通"狀態
，IZ≥0.1mA量級
，此時齊納管起穩壓作用
，UW≈UZ。2 正常工作時處於"截止"狀態，即UW

 

其實常用齊納管主要分兩類，一類就是通常所謂的"穩壓管"，另一類是TVS類(lei)器(qi)件(jian)。前(qian)者(zhe)通(tong)常(chang)是(shi)第(di)一(yi)種(zhong)用(yong)法(fa)，後(hou)者(zhe)通(tong)常(chang)是(shi)第(di)二(er)種(zhong)用(yong)法(fa)。但(dan)也(ye)不(bu)絕(jue)對(dui)，兩(liang)者(zhe)隻(zhi)是(shi)特(te)性(xing)參(can)數(shu)各(ge)有(you)特(te)點(dian)。普(pu)通(tong)的(de)穩(wen)壓(ya)管(guan)同(tong)樣(yang)可(ke)以(yi)用(yong)作(zuo)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)，隻(zhi)是(shi)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)差(cha)一(yi)些(xie)，不(bu)適(shi)合(he)需(xu)要(yao)抑(yi)製(zhi)極(ji)高(gao)速(su)度(du)脈(mai)衝(chong)幹(gan)擾(rao)的(de)場(chang)合(he)。TVS也可以拿來當穩壓管用，當然也有不合適的。

 

總結一下，初學者常犯如下幾種錯誤： 

 

1． 把齊納管特性想得太美好：當UW7V）

，那曲線還湊合，換個低壓的，例如3V的，那實際曲線真是夠"柔美"的，1.5V電壓時就有很大電流了，直到IZ增加到數十mA
，UZ才懶洋洋地達到標稱值
，簡直就是個拋物線嘛。

 

2． 用齊納管做保護的
，一不懂世間萬事皆有代價
，這裏的代價就是漏電流IR（"截止"狀態下的IZ）：IR>0；二不懂世間萬事皆須留有餘地
，這裏的餘地就是確保"截止"的電壓餘量UM：UM＝UZ-UW>0（IR→很小）；三不懂世間萬事皆有彈性（讓步）
，這裏的彈性就是導通狀態下UW隨著IZ增加的增量UP：UP=UW-UZ>0（IR→很大）。而且即使留了餘地，付出了代價

，仍然要做讓步。要減小IR
，就要提高ΔU，也就是選高UZ的管子

，但這樣又會降低保護的"力度"。

 

3． 不明白齊納管動態內阻dV/dI>0，即UZ會隨IZ增加。這就不多說了。

 

4． 不明白齊納管的反應是比較遲鈍的，UW變化了
，IZbingbuhuilijigenzhebian，ershiyouyanchi。erqieyoujiedianrong，erqiejiedianrongyoushihaixiangdangda。anjiaokeshushangdedianlutu，baqinaguanjiedaoyunfangfankuibishangzuoxianfu
，haiweizijinenglinghuoyunyongyunfangdefufankuijishuerzhanzhanzixi。danshurugejiMHz的方波後
，發現輸出全不是那麼回事，就懵了。

 

 從這幾條可以總結出一些原則：

 

1． 盡量避免使用低壓齊納管。

2． 用齊納管做保護要合理選擇UZ，使UWMAX＋UM

3． 設計電路要有"動態"的概念

，電路跟人，跟一切機器一樣都有反應遲鈍的問題，區別隻在於"更遲鈍"和"更不遲鈍"。

4． 記住墨菲定律："事情凡是能夠更糟糕的
，就一定會更糟糕"。

 

附：穩壓管典型穩壓電路分析

 

下圖中D1為穩壓二極管，與負載R2並聯
，R1為限流電阻。 

 

 

若電網電壓升高
，即電路的輸入電壓Vin也隨之升高，引起負載電壓Vout升高。由於穩壓管D1與負載R2並聯，Vin隻要有一點增長
，就會使流過穩壓管的電流急劇增加，使得I也增大
，限流電阻R1上的電壓降增大，從而抵消了Vout的升高，保持負載電壓Vout基本不變。反之
，若電網電壓降低，引起Vin下降
，造成Vout 也下降
，則穩壓管中的電流急劇減小，使得I減小
，R1上的壓降也減小
，從而抵消了Vin的下降，保持負載電壓Vout基本不變。 若Vin不變而負載電流增加，則R1上的壓降增加，造成負載電壓Vout下降。Vout隻要下降一點點，穩壓管中的電流就迅速減小，使R1上的壓降再減小下來，從而保持R1上的壓降基本不變，使負載電壓Vout得de以yi穩wen定ding。可ke以yi看kan出chu，穩wen壓ya管guan起qi著zhe電dian流liu的de自zi動dong調tiao節jie作zuo用yong
，而er限xian流liu電dian阻zu起qi著zhe電dian壓ya調tiao整zheng作zuo用yong。綜zong上shang可ke見jian穩wen壓ya管guan的de動dong態tai電dian阻zu越yue小xiao
，限xian流liu電dian阻zu越yue大da
，輸shu出chu電dian壓ya的de穩wen定ding性xing越yue好hao。

 

 

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