二极管(齐纳击穿和雪崩击穿)
齐纳击穿多数出现在杂质浓度较高的二极管,如稳压管(齐纳二极管)。
在加有较高的反向电压下,PN结空间电荷区中存在一个强电场,它能够破坏共价键将束缚电子分离出来造成电子—空穴对,形成较大的反向电流。发生齐纳击穿需要的电场强度约为2*105V/cm,这只有在杂质浓度特别大的PN结中才能达到,因为杂质浓度大,空间电荷区内电荷密度(即杂质离子)也大,因而空间电荷区很窄,电场强度就可能很高。一般整流二极管掺杂浓度没有这么高,它在电击穿中多数是雪崩击穿造成的。
雪崩击穿多发生在杂质浓度较低的二极管,一般需要比较高的电压(>6V),击穿电压与浓度成反比。
当PN结反向电压增加时,空间电荷区中的电场随着增强。通过空间电荷区的电子和空穴,在电场作用下获得的能量增大,在晶体中运动的电子和空穴,将不断地与晶体原子发生碰撞,当电子和空穴的能量足够大时,通过这样的碰撞,可使共价键中的电子激发形成自由电子—空穴对,这种现象称为碰撞电离。新产生的电子和空穴与原有的电子和空穴一样,在电场作用下,也向相反的方向运动,重新获得能量,又可通过碰撞,再产生电子—空穴对,这就是载流子的倍增效应。当反向电压增大到某一数值后,载流子的倍增情况就像在陡峻的积雪山坡上发生雪崩一样,载流子增加得多而快,使反向电流急剧增大,于是PN结就发生雪崩击穿。
必须指出,上述两种电击穿过程是可逆的,当加在稳压管两端的反向电压降低后,管子仍可以恢复原来的状态。但它有一个前提条件,就是反向电流和反向电压的乘积不超过PN结容许的耗散功率,超过了就会因为热量散不出去而使PN结温度上升,直到过热而烧毁,这种现象就是热击穿。所以热击穿和电击穿的概念是不同的。电击穿往往可为人们所利用(如稳压管),而热击穿则是必须尽量避免的。
小问题
1) PN结的反向击穿电压是多少?
采取适当的掺杂工艺,将硅PN结的雪崩击穿电压可控制在8~1000V。而齐纳击穿电压低于5V。在5~8v之间丽种击穿可能同时发生。
2) 二极管三极管和稳压管是否一样呢?
不一样,BC结的反向击穿电压低的几十伏,高的数百伏,但有一点是一样的,就是NPN管的BE结反向击穿电压都是6V左右,因此NPN管的BE结可当6V稳压管用。
补充:应该是所有硅材料管(PNP和NPN)的BE结都有反向击穿电压都是6V这特性,利用这特性可鉴别管子的C和E脚,用10K档分别测BC和BE的反向电阻,击穿的是BE结。
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