齐纳管 肖特基管 放电管.docx

1、齐纳管 肖特基管 放电管齐纳二极管zener diodes(又叫稳压二极管)，此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。在临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二极管是根据击穿电压来分档的，由于这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳定电压。 齐纳二极管不同于锗二极管的是：如果反向电压，有时简称为“偏压”增加到某个特殊值，对于一个微小偏压的变化，就会使电流产生一个可观的增加。引起这种效应的电压称为“击穿电压”或“齐纳电压”。2DW7型管的击穿

2、电压在5865V之间，极大电流是30mA。齐纳二极管工作原理在通常情况下，反向偏置的PN结中只有一个很小的电流。这个漏电流一直保持一个常数，直到反向电压超过某个特定的值，超过这个值之后PN结突然开始有大电流导通（图1.15）。这个突然的意义重大的反向导通就是反向击穿，如果没有一些外在的措施来限制电流的话，它可能导致器件的损坏。反向击穿通常设置了固态器件的最大工作电压。然而，如果采取适当的预防措施来限制电流的话，反向击穿的结能作为一个非常稳定的参考电压。图1.15 PN结二极管的反向击穿。 导致反向击穿的一个机制是avalanche multiplication。考虑一个反向偏置的PN结。耗尽区

3、随着偏置上升而加宽，但还不够快到阻止电场的加强。强大的电场加速了一些载流子以非常高的速度穿过耗尽区。当这些载流子碰撞到晶体中的原子时，他们撞击松的价电子且产生了额外的载流子。因为一个载流子能通过撞击来产生额外的成千上外的载流子就好像一个雪球能产生一场雪崩一样，所以这个过程叫avalanche multiplication。 反向击穿的另一个机制是tunneling。Tunneling是一种量子机制过程，它能使粒子在不管有任何障碍存在时都能移动一小段距离。如果耗尽区足够薄，那么载流子就能靠tunneling跳跃过去。Tunneling电流主要取决于耗尽区宽度和结上的电压差。Tunneling引起

4、的反向击穿称为齐纳击穿。 结的反向击穿电压取决于耗尽区的宽度。耗尽区越宽需要越高的击穿电压。就如先前讨论的一样，掺杂的越轻，耗尽区越宽，击穿电压越高。当击穿电压低于5伏时，耗尽区太薄了，主要是齐纳击穿。当击穿电压高于5伏时，主要是雪崩击穿。设计出的主要工作于反向导通的状态的PN二极管根据占主导地位的工作机制分别称为齐纳二极管或雪崩二极管。齐纳二极管的击穿电压低于5伏，而雪崩二极管的击穿电压高于5伏。通常工程师们不管他们的工作原理都把他们称为齐纳管。因此主要靠雪崩击穿工作的7V齐纳管可能会使人迷惑不解。 实际上，结的击穿电压不仅和它的掺杂特性有关还和它的几何形状有关。以上讨论分析了一种由两种均匀

5、掺杂的半导体区域在一个平面相交的平面结。尽管有些真正的结近似这种理想情况，大多数结是弯曲的。曲率加强了电场，降低了击穿电压。曲率半径越小，击穿电压越低。这个效应对薄结的击穿电压由很大的影响。大多数肖特基二极管在金属硅交界面边缘有一个很明显的断层。电场强化能极大的降低肖特基二极管的测量击穿电压，除非有特别的措施能削弱Schottky barrier边缘的电场。 图1.16是以上所讨论的所有的电路符号。PN结用一根直线代表阴极，而肖特基二极管和齐纳二极管则对阴极端做了一些修饰。在所有这些图例中，箭头的方向都表示了二极管正向偏置下的电流方向。在齐纳二极管中，这个箭头可能有些误导，因为齐纳管通常工作在

6、反向偏置状态下。对于casual observer来说，这个符号出现时旁边应该再插入一句“方向反了”。图1.16 PN结，肖特基，和齐纳二极管的电路图符号。有些电路图符号中箭头是空心的或半个箭头。经常看到问关于稳压管（齐纳管）的问题，所以略做总结。 齐纳管一般有两种用法（以下IZ为工作电流，UZ为标称稳压电压，UW为实际工作电压）：1 正常工作时处于导通状态，IZ0.1mA量级，此时齐纳管起稳压作用，UWUZ。2 正常工作时处于截止状态，即UW 其实常用齐纳管主要分两类，一类就是通常所谓的稳压管，另一类是TVS类器件。前者通常是第一种用法，后者通常是第二种用法。但也不绝对，两者只是特性参数各有

7、特点。普通的稳压管同样可以用作保护器件，只是响应速度差一些，不适合需要抑制极高速度脉冲干扰的场合。TVS也可以拿来当稳压管用，当然也不合适。总结一下，我发现初学者常犯如下几种错误：1 把齐纳管特性想得太美好：当UW7V），那曲线还凑合，换个低压的，例如3V的，那实际曲线真是够柔美的，1.5V电压时就有很大电流了，直到IZ增加到数十mA，UZ才懒洋洋地达到标称值，简直就是个抛物线嘛。2 用齐纳管做保护的，一不懂世间万事皆有代价，这里的代价就是漏电流IR（截止状态下的IZ）：IR0；二不懂世间万事皆须留有余地，这里的余地就是确保截止的电压余量UM：UMUZ-UW0（IR很小）；三不懂世间万事皆有弹

8、性（让步），这里的弹性就是导通状态下UW随着IZ增加的增量UP：UP=UW-UZ0（IR很大）。而且即使留了余地，付出了代价，仍然要做让步。要减小IR，就要提高U，也就是选高UZ的管子，但这样又会降低保护的力度。3 不明白齐纳管动态内阻dV/dI0，即UZ会随IZ增加。这就不多说了。4 不明白齐纳管的反应是比较迟钝的，UW变化了，IZ并不会立即跟着变，而是有延迟。而且有结电容，而且结电容有时还相当大。按教科书上的电路图，把齐纳管接到运放反馈臂上做限幅，还为自己能灵活运用运放的负反馈技术而沾沾自喜。但输入个几MHz的方波后，发现输出全不是那么回事，就懵了。从这几条可以总结出一些原则：1 尽量避免

9、使用低压齐纳管。2 用齐纳管做保护要合理选择UZ，使UWMAXUM3 设计电路要有动态的概念，电路跟人，跟一切机器一样都有反应迟钝的问题，区别只在于更迟钝和更不迟钝。4 记住墨菲定律：事情凡是能够更糟糕的，就一定会更糟糕。两个稳压二极管反向串联的作用两个稳压二极管反向串联的作用2010年02月03日星期三10：101、经常在功率较大的放大电路，功率管的基极b与发射极e即发射结并联两个反向的二极管，这是通过对发射结输入电流的分流作用而起保护作用；2、两个二极管反向串联后对与之并联的电路可起过压保护作用，当电路过压时，二极管首先击穿短路；双向过压保护。这种双向tvs，双向过压保护电路一般用于电子电

10、路，与被保护的PN结并联，保护该PN免遭反向过电压的危害；作用：过压保护，静电保护，电压钳位，阻尼作用。瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor)简称TVS，是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。1、将TVS二极管加在信号及电源线上，能防止微处理器或单片机因瞬间的肪冲，如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。2、静电放电效应能释

11、放超过10000V、60A以上的脉冲，并能持续10ms；而一般的TTL器件，遇到超过30ms的10V脉冲时，便会导至损坏。利用TVS二极管，可有效吸收会造成器件损坏的脉冲，并能消除由总线之间开关所引起的干扰(Crosstalk)。3、将TVS二极管放置在信号线及接地间，能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。开关电源中的开关管一般是mos管，由于mos管的G极对静电或过压非常敏感，所以为了保护它免遭损坏才加双向TVS给与保护，一般三极管开关并不害怕静电，很少有这个保护。4、如果是两个稳压二极管反向串联，正、反方向电压到达稳压值时，电压被钳位；5、如果是两个稳压二极管反向串联，正、反方向电压到

12、达稳压值时，电流剧增，电动力增大，起阻尼作用；TVS和一般稳压二极管区别电压及电流的瞬态干扰是造成电子电路及设备损坏的主要原因，常给人们带来无法估量的损失。这些干扰通常来自于电力设备的起停操作、交流电网的不稳定、雷击干扰及静电放电等,瞬态干扰几乎无处不在、无时不有,使人感到防不胜防。幸好,一种高效能的电路保护器件TVS的出现 瞬态干扰得到了有效抑制TVS（TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR） 或称瞬变电压抑制二极管是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品，其电路符号和普通稳压二极管相同,外形也与普通二极管无异,当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度（最高达

13、1*0-12秒）使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。如果是使用的话，TVS有二极管类，和压敏电阻类。我个人认为压敏电阻类更有优势，目前广泛用于手机，LCD模组，及一些比较精密的手持设备。特别是出口欧洲的产品一般都要加，来作为静电防护的主要手段之一。TVS和齐纳稳压管都能用作稳压，但是TVS管齐纳击穿电流更小，大于10V的稳压只有1mA，相对来说齐纳二极管击穿电流要大不少，但是齐纳二极管稳压精度可以做的比较高。在电路中一般工作于反向截止状态，此时它不影响电路的任何功能。TVS在规定的反向应用条件下，当电路

14、中由于雷电、各种电器干扰出现大幅度的瞬态干扰电压或脉冲电流时，它在极短的时间内（最高可达到110-12秒）迅速转入反向导通状态，并将电路的电压箝位在所要求的安全数值上，从而有效的保护电子线路中精密元器件免受损坏。干扰脉冲过去后，TVS又转入反向截止状态。由于在反向导通时，其箝位电压低于电路中其它器件的最高耐压，因此起到了对其它元器件的保护作用。TVS能承受的瞬时脉冲功率可达上千瓦，其箝位时间仅为1ps1。TVS根据极性可分为单向和双向TVS。单向TVS一般适用于直流电路，双向TVS一般适用于交流电路中。由于TVS起保护作用时动作迅速、寿命长、使用方便，因此在瞬变电压防护领域有着非常广泛的应用。

15、各参数说明如下：1、击穿电压V(BR)2、最大反向脉冲峰值电流Ippm3、最大反向工作电压VRWM4、最大箝位电压VC(max)5、反向脉冲峰值功率Pppm6、 电容CPP7、 漏电流IRTVS的选用方法1.确定待保护电路的直流电压或持续工作电压。如果是交流电，应计算出最大值，即用有效值*1.414。2.TVS的反向变位电压即工作电压（VRWM）-选择TVS的VRWM等于或大于上述步骤1所规定的操作电压。这就保证了在正常工作条件下TVS吸收的电流可忽略不计,如果步骤1所规定的电 压高于TVS的VRWM ,TVS将吸收大量的漏电流而处于雪崩击穿状态，从而影响电路的工作。3.最大峰值脉冲功率：确定

16、电路的干扰脉冲情况,根据干扰脉冲的波形、脉冲持续时间,确 定能够有效抑制该干扰的TVS峰值脉冲功率。4.所选TVS的最大箝位电压（VC）应低于被保护电路所允许的最大承受电压。5.单极性还是双极性-常常会出现这样的误解即双向TVS用来抑制反向浪涌脉冲，其实并非 如此。双向TVS用于交流电或来自正负双向脉冲的场合。TVS有时也用于减少电容。如果电路 只有正向电平信号，那麽单向TVS就足够了。TVS操作方式如下：正向浪涌时,TVS处于反向雪崩击穿状态；反向浪涌时，TVS类似正向偏置二极管一样导通并吸收浪涌能量。在低电容电路 里情况就不是这样了。应选用双向TVS以保护电路中的低电容器件免受反向浪涌的损

17、害。6.如果知道比较准确的浪涌电流IPP，那么可以利用VC来确定其功率，如果无法确定功率的 大概范围，一般来说，选择功率大一些比较好。TVS和MOV的比较在电子应用领域中必不可少地要对静电放电（IEC61000-4-2）、瞬态电压、喀啦声（IEC61000-4-4）EFT，和浪涌电压抗扰度（IEC61000-4-5）进行防护，从而保护电子电路的安全和可靠性，在保护领域中，有两种保护元件，一个是具有雪崩特性的TVS半导体二极管，一个是多层压敏电阻，为了合理使用，需对TVS和MOV进行比较，以求正确选用，达到产品设计的优化选择。PROTEK公司的TVS半导体二极管，设计有高灵敏度的N/P结，它的特

18、性是产生雪崩效应，效应与半导体的结面积成正比，通过控制结面积的掺杂浓度和基片的电阻率使它可以吸收大量的瞬态电流，产生雪崩特性，从而可控制浪涌电流的能力，是一种特殊制造工艺的高科技产品。多层压敏电阻是将氧化锌材料压入到长方形中，形成多晶粒结构，分成多层以形成更加均匀一致的控制区，通过导通阻扰的变化实现对浪涌电流的吸收能力，是一种特殊元件。雪崩击穿二极管TVS和多层氧化锌压敏电阻都靠改变自身的阻扰特性来进行静电放电，瞬态电压和浪涌电压的控制，而主要差异是导通后的阻扰，TVS有高灵敏度的N/P结进行控制，其导通阻扰很低，而MOV的导通阻扰要比TVS高出许多，从而导致箝位电压、箝位比率的差异。齐纳管和

19、肖特基管作用肖特基（Schottky）二极管，又称肖特基势垒二极管（简称 SBD），它属一种低功耗、超高速半导体器件。最显著的特点为反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右。其多用作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管，也有用在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。在通信电源、变频器等中比较常见。一个典型的应用，是在双极型晶体管 BJT 的开关电路里面, 通过在 BJT 上连接 Shockley 二极管来箝位，使得晶体管在导通状态时其实处于很接近截止状态，从而提高晶体管的开关速度。这种方法是 74LS，74ALS，74AS 等典型数字 IC

20、的 TTL内部电路中使用的技术。肖特基（Schottky）二极管的最大特点是正向压降 VF 比较小。在同样电流的情况下，它的正向压降要小许多。另外它的恢复时间短。它也有一些缺点：耐压比较低，漏电流稍大些。选用时要全面考虑。稳压二极管(又叫齐纳二极管)它的电路符号是:此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很少的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用.其伏安特性见图1,稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电

21、压.稳压管的应用: 浪涌保护电路(如图2):稳压管在准确的电压下击穿,这就使得它可作为限制或保护之元件来使用,因为各种电压的稳压二极管都可以得到,故对于这种应用特别适宜.图中的稳压二极管D是作为过压保护器件.只要电源电压VS超过二极管的稳压值D就导通,使继电器J吸合负载 RL就与电源分开2电视机里的过压保护电路(如图3):EC是电视机主供电压,当EC电压过高时,D导通,三极管BG导通,其集电极电位将由原来的高电平(5V)变为低电平,通过待机控制线的控制使电视机进入待机保护状态.3电弧抑制电路如图4:在电感线圈上并联接入一只合适的稳压二极管(也可接入一只普通二极管原理一样)的话,当线圈在导通状态

22、切断时,由于其电磁能释放所产生的高压就被二极管所吸收,所以当开关断开时,开关的电弧也就被消除了.这个应用电路在工业上用得比较多,如一些较大功率的电磁吸控制电路就用到它.4串联型稳压电路(如图5):在此电路中,串联稳压管BG的基极被稳压二极管D钳定在13V,那么其发射极就输出恒定的12V电压了.这个电路在很多场合下都有应用放电管放电管是一种使用于设备输入端的高压保护元件。若其两端的电压高过其保护规格值时,其内部会出现短路现象,并吸收掉输入的过高压。气体放电管的结构及特性开放型气体放电管放电通路的电气特性主要取决于环境参数，因而工作的稳定性得不到保证。为了提高气体放电管的工作稳定性，目前的气体放电

23、管大都采用金属化陶瓷绝缘体与电极进行焊接技术，从而保证了封接的外壳与放电间隙的气密性，这就为优化选择放电管中的气体种类和压力创造了条件，气体放电管内一般充电极有氖或氢气体。 气体放电管的各种电气特性，如直流击穿电压、冲击击穿电压、耐冲击电流、耐工频电流能力和使用寿命等，能根据使用系统的要求进行调整优化。这种调整往往是通过改变放电管内的气体种类、压力、电极涂敷材料成分及电极间的距离来实现的。 气体放电管有二极放电管及三极放电管两种类型。有的气体放电管带有电极引线，有的则没有电极引线。开关从结构上讲，可将气体放电管看成一个具有很小电容的对称开关，在正常工作条件下它是关断的，其极间电阻达兆欧级以上。

24、当浪涌电压超过电路系统的耐压强度时，气体放电管被击穿而发生弧光放电现象，由于弧光电压低，仅为儿十伏，从而可在短时间内限制了浪涌电压的迸一步上升。气体放电管就是利用上述原理来限制浪涌电压，对电路起过压保护作用的。 随着过电压的降低，通过气体放电管的电流也相应减少。当电流降到维持弧光状态所需的最小电流值以下时，弧光放电停止，放电管的辉光熄灭。 气体放电管主要用来保护通信系统、交通信号系统、计算机数据系统以及各种电子设备的外部电缆、电子仪器的安全运行。气体放电管也是电路防雷击及瞬时过压的保护元件。 气体放电管具有载流能力大、响应时间快、电容小、体积小、成本低、性能稳定及寿命长等特点;缺点是点燃电压高，在直流电压下不能恢复截止状态，不能用于保护低压电路，每次经瞬变 电压作用后，性能还会下降。DSA-102MA DSA-102MS DSA-152MA DSA-152MADSA-282MA DSA-301LA DSA-301LS DSA-302MADSA-332MA DSA-362MA DSA-402MA DSA-452MADSA-501MA DSA-501MS DSA-701MA