电子电路第一章PN结的反向击穿特性与高稳定性埋层齐纳稳压管

12/8/202211.2.3 PN结的反向击穿特性与高稳定性埋层齐纳稳压管结的反向击穿特性与高稳定性埋层齐纳稳压管12/8/2022北京航空航天大学202教研室2 Izmin为稳压管为稳压管DZ的最小允许电流，的最小允许电流，Izmax为最大允许电流，为最大允许电流，输入电压输入电压vI在在VIminVImax变化时，要使变化时，要使DZ正常工作，则限流正常工作，则限流电阻电阻R必须满足下列关系：必须满足下列关系：maxmaxmaxImLZZLZaxRVIRVVR 在在VImax和和Ilmin时，时，IZ应不超过最大允许电流应不超过最大允许电流Izmax：minminminImLZZLZinRVIRVVR 在在VImin和和Ilmax时，时，IZ应不低于最小允许电流应不低于最小允许电流Izmin：12/8/2022北京航空航天大学202教研室3稳压二极管稳压二极管UIIZIZmax UZ IZ稳压稳压误差误差曲线越陡，曲线越陡，电压越稳定。电压越稳定。+-UZ动态电阻：动态电阻：ZZIUZrrz越小，稳压越小，稳压性能越好。性能越好。12/8/2022北京航空航天大学202教研室4齐纳击穿与雪崩击穿：齐纳击穿与雪崩击穿：齐纳击穿：齐纳击穿：掺杂浓度很高（例如掺杂浓度很高（例如ND=NA=1018/cm3）的）的PN结结 很薄，例如宽度只有很薄，例如宽度只有0.04m，只要对，只要对PN结加上结加上 不大的反向电压，就可以产生很强的电场，例如不大的反向电压，就可以产生很强的电场，例如 反压反压4V，场强可达，场强可达106V/cm。强电场可强耗尽区。强电场可强耗尽区 内原子共价键中的电子拉出，自由电子和空穴成内原子共价键中的电子拉出，自由电子和空穴成 对产生，反向电流剧增。齐纳击穿电压较低。对产生，反向电流剧增。齐纳击穿电压较低。雪崩击穿：雪崩击穿：掺杂浓度较低的掺杂浓度较低的PN结较厚，在较大的反向电压时结较厚，在较大的反向电压时 形成漂移电流的少子在耗尽区内获得加速，动能形成漂移电流的少子在耗尽区内获得加速，动能 越来越大，在反向电压大到漂移少子的动能足以越来越大，在反向电压大到漂移少子的动能足以 撞击出耗尽区内原子的共价键电子，产生自由电子撞击出耗尽区内原子的共价键电子，产生自由电子 和空穴，新生电子又撞击出其他自由电子，反向和空穴，新生电子又撞击出其他自由电子，反向 电流剧增。雪崩击穿电压较高（电流剧增。雪崩击穿电压较高（6V)。12/8/2022北京航空航天大学202教研室5埋层齐纳击穿稳压管：埋层齐纳击穿稳压管：齐纳管被掩埋在顶层硅晶体下面，噪声很小，温度稳定性很高齐纳管被掩埋在顶层硅晶体下面，噪声很小，温度稳定性很高12/8/2022北京航空航天大学202教研室6（5 5）最大允许功耗）最大允许功耗maxZZZMIVP稳压二极管的参数稳压二极管的参数:（1 1）稳定电压）稳定电压 V VZ Z（2 2）电压温度系数）电压温度系数 U U（%/%/）稳压值受温度变化影响的的系数。稳压值受温度变化影响的的系数。（3 3）动态电阻）动态电阻ZZIVZr（4 4）稳定电流）稳定电流I IZ Z、最大、最小稳定电流最大、最小稳定电流I Izmaxzmax、I Izminzmin。12/8/2022北京航空航天大学202教研室71.2.4 PN结的结电容特性与变容二极管结的结电容特性与变容二极管PN结电容结电容CJ包括势垒电容包括势垒电容CT和扩散电容和扩散电容CD 即：即：CJ=CTCD1.2.4.1 势垒电容势垒电容CTDDTvQdvdQC 反偏电压变化引起耗尽区厚度变化，从而引起反偏电压变化引起耗尽区厚度变化，从而引起PN结中的电荷量变化，这种电容效应称为势垒电容。结中的电荷量变化，这种电容效应称为势垒电容。式中：式中：CT 表示势垒电容数值；表示势垒电容数值；Q 表示表示PN结的电荷量；结的电荷量；vD 表示二极管的偏置电压表示二极管的偏置电压12/8/2022北京航空航天大学202教研室8突变结突变结CT与反偏电压的关系式：与反偏电压的关系式：nDTTVvCC)1()0(n=0.5)式中：式中：CT(0)表示表示vD=0时时 的势垒电容。的势垒电容。V 表示接触电位差表示接触电位差12/8/2022北京航空航天大学202教研室91.2.4.2 扩散电容扩散电容CD PN结正偏时，载流子在扩散过程中存在电荷积累，结正偏时，载流子在扩散过程中存在电荷积累，正偏电压大，积累电荷多，反之积累电荷少，这种电容正偏电压大，积累电荷多，反之积累电荷少，这种电容效应称为扩散电容。效应称为扩散电容。)(SDTDIIVC式中：式中：表示非表示非平衡载流子的平平衡载流子的平均寿命。均寿命。12/8/2022北京航空航天大学202教研室101.2.5 PN结的温度特性结的温度特性1.PN结正向电压的温度系数结正向电压的温度系数 vD保持二极管正向电流不变，温度变化保持二极管正向电流不变，温度变化1所引起的所引起的vD 变化变化 vD-(1.92.5)mV/2.PN结的反向饱和电流随温度按指数规律变化结的反向饱和电流随温度按指数规律变化10002)()(TTSSTITI不论是硅管还是锗管，反向电流大约随温度每变化不论是硅管还是锗管，反向电流大约随温度每变化10而变化一倍。锗管的而变化一倍。锗管的IS（T0）要比硅管大）要比硅管大36个数量级个数量级12/8/2022北京航空航天大学202教研室111.2.6 二极管的主要常数二极管的主要常数1.最大整流电流最大整流电流 IF二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2.反向击穿电压反向击穿电压VBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压出的最高反向工作电压VR一般是一般是VBR的一半。的一半。3.反向电流反向电流 IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流值。稍大于指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流值。稍大于反向饱和电流反向饱和电流 IS。12/8/2022北京航空航天大学202教研室124.最高工作频率最高工作频率fM由由PN结电容决定的参数，二极管的工作频率高到一定结电容决定的参数，二极管的工作频率高到一定的程度，的程度，CJ对对PN结起的旁路作用不容忽略，工作频率结起的旁路作用不容忽略，工作频率超过超过fM，二极管的单向导电性能变坏。，二极管的单向导电性能变坏。势垒电容和扩散电容的势垒电容和扩散电容的综合效应综合效应rd12/8/2022北京航空航天大学202教研室13实际二极管的照片实际二极管的照片1：12/8/2022北京航空航天大学202教研室14实际二极管的照片实际二极管的照片2：12/8/2022北京航空航天大学202教研室15实际二极管的照片实际二极管的照片3：12/8/2022北京航空航天大学202教研室16RLuiuouiuott二极管的应用举例二极管的应用举例1：二极管半波整流二极管半波整流12/8/2022北京航空航天大学202教研室17二极管的应用举例二极管的应用举例2：tttuiuRuoRRLuiuRuo12/8/2022北京航空航天大学202教研室18负载电阻负载电阻：要求：要求：当输入电压由正常值发生当输入电压由正常值发生 20%20%波动时，负载电压基本不变。波动时，负载电压基本不变。稳压二极管的应用举例：稳压二极管的应用举例：5mA 20mA,V,10minmaxzzzIIV稳压管的技术参数稳压管的技术参数:k2LR解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为I Iz zmax max。求：求：电阻电阻R R和输入电压和输入电压 u ui i 的正常值。的正常值。mA25maxLZzRVIi10252.1RViRuZi 方程方程 1 1uoiZDZRiLiuiRL12/8/2022北京航空航天大学202教研室19令输入电压降到下限时，令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为流过稳压管的电流为I Iz zmin min。mA10minLZzRVIi10108.0RViRuZi 方程方程 2 2u uo oi iZ ZD DZ ZR Ri iL Li iu ui iR RL L联立方程联立方程1 1、2 2，可解得：，可解得：k50V7518.R,.ui