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,IZ≥0.1mA量级,此时齐纳管起稳压作用,UW≈UZ。
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):IR>0;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:UM=UZ-UW>0(IR→很小);三不懂世间万事皆有弹性(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-UZ>0(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ΔU,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/dI>0,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. 尽量避免使用低压齐纳管。
2. 用齐纳管做保护要合理选择UZ,使UWMAX+UM3. 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"。