齐纳二极管的工作原理

齐纳二极管或齐纳二极管（半导体齐纳二极管）是一种特殊的二极管，在pn结的反向偏压条件下工作在稳定的击穿模式。在发生这种击穿之前，由于闭合齐纳二极管的高电阻，只有非常小的电流流过齐纳二极管，即漏电流。

但当故障发生时，电流瞬间增大，因为此时齐纳二极管的微分电阻从几分之一到几百欧姆。以这种方式，齐纳二极管两端的电压在相对较宽的反向电流范围内非常精确地保持。

齐纳二极管之所以称为齐纳二极管（源自英文Zener diode），是为了纪念首先发现隧道击穿现象的科学家，美国物理学家克拉伦斯·梅尔文·齐纳（Clarence Melvin Zener，1905—1993）。

齐纳发现的 pn 结电击穿与隧道效应有关，电子通过薄势垒泄漏的现象现在称为齐纳效应，如今用于半导体齐纳二极管。

效果实物图如下。在 p-n 结的反向偏置中，能带重叠，电子可以从 p 区的价带移动到 n 区的导带，由于 电场，这增加了自由载流子的数量，反向电流急剧增加。

因此，齐纳二极管的主要目的是稳定电压。工业上生产的半导体稳压二极管稳压从1.8V到400V，高、中、低功率，最大允许反向电流不同。

简易稳压器就是在此基础上制成的。在图中，齐纳二极管用类似于二极管符号的符号表示，唯一的区别是齐纳二极管的阴极以字母“G”的形式表示。

具有潜集成结构的齐纳二极管，稳定电压约为7V，是最准确和稳定的固态电压参考源：它们的最佳例子在特性上接近于普通的Weston galvanic cell（汞镉参考原电池）。

高压雪崩二极管（“TVS-diodes”和“suppressors”）广泛应用于各种设备的浪涌保护电路中，属于齐纳二极管的一种特殊类型。

如您所见，齐纳二极管与传统二极管不同，它工作在 I-V 特性的反向支路。在普通二极管中，如果对其施加反向电压，故障可能会以三种方式之一发生（或同时发生）：隧道击穿、雪崩击穿和漏电流热引起的击穿。

硅齐纳二极管的热击穿并不重要，因为它们的设计使得隧道击穿、雪崩击穿或两种类型的击穿在热击穿趋势之前很久就同时发生。系列齐纳二极管目前主要由硅制成。

5V以下击穿是齐纳效应的表现，5V以上击穿是雪崩击穿的表现。大约 5 V 的中间击穿电压通常是由这两种效应的组合产生的。齐纳二极管击穿瞬间的电场强度约为30 MV/m。

齐纳二极管击穿发生在中掺杂的p型半导体和重掺杂的n型半导体中，随着结温的升高，齐纳二极管剥离减少，雪崩击穿贡献增加。

齐纳二极管具有以下典型特性。 Vz——稳定电压。文档为该参数指定了两个值：最大和最小稳定电压。 Iz 是最小稳定电流。 Zz 是齐纳二极管的电阻。 Izk 和 Zzk — 直流电流和动态电阻。 Ir 和 Vr 是给定温度下的最大漏电流和电压。 Tc是温度系数。 Izrm——齐纳二极管的最大稳定电流。

齐纳二极管被广泛用作独立的稳定元件，以及晶体管稳定器中的参考电压源（参考电压）。

为了获得较小的参考电压，齐纳二极管也像普通二极管一样正向导通，则一只齐纳二极管的稳定电压为0.7—0.8伏。

齐纳二极管主体消耗的最大功率通常在 0.125 至 1 瓦之间。通常，这对于保护电路正常运行以防止脉冲噪声和构建低功率稳定器来说已经足够了。