齐纳二极管( zener diodes)的主要作用就是当作一种电压调整器，QLCO-A146提供稳定的参考电压，可应用在电源供应器、电压表与其他的仪器中。在本节中，你将会学习到齐纳二极管在适当的工作条件下，如何维持一个接近定值的直流电压。你将会学习到如何正确使用齐纳二极管的条件和限制，以及影响效能的一些因素。
在学完本节后，你应该能够：说明齐纳二极管的特性和分析它的工作原理；根据符号来辨识齐纳二极管；参与讨论累增击穿(avalanche breakdown)和齐纳击穿(Zener break-down)；分析齐纳二极管的特性(V-I)曲线；参与讨论齐纳二极管的等效电路；定义温度系数并应用到齐纳二极管的分析；参与讨论齐纳二极管的功率消耗和功率额降；诠释齐纳二极管的特性参数表。
齐纳二极管的符号如图3.1所示。齐纳二极管(Zener diode)是一种硅pn结元件，它和整流二极管不同，因为它是设计用于反向击穿区( reverse-breakdown region)。齐纳二极管的击穿电压，可在生产制造时仔细控制掺杂的程度加以设定。其伏安的特性曲线我们再一次显示于图3.2，一般整流二极管和齐纳二极管的工作区域，是以阴影区域表示。假如齐纳二极管处于正向偏压，它就如同整流二极管一般。
1.齐纳击穿
齐纳二极管是设计用于反向击穿区。齐纳二极管的反向击穿有两种类型，就是累增击穿和齐纳击穿。齐纳击穿则是齐纳二极管在低反向偏压时发生。如果齐纳二极管经过大量掺杂，就可降低击穿电压。这样可以产生很薄的耗尽区。结果就可在耗尽区产生很强的电场。当接近反向击穿电压(Vz)时，电场的强度足够将电子拉离价带，因而产生大量的电流。
齐纳二极管的击穿电压若约小于5V，就会工作于反向击穿区。而那些高于5V击穿电压的齐纳二极管，则是工作于累增击穿区。然而，两种类型都称为齐纳二极管。齐纳二极管在市面上可买到击穿电压从1.8～200V的产品，误差则是从1%～20%。
2.击穿特性
图3.3显示齐纳二极管的特性曲线的反向偏压部分。请注意当反向偏压(VR)增加，反向电流(IR)-直到曲线的膝点之前都仍然维持非常小。此时的反向电流又称为稳定电流。在这一点，击穿效应开始出现，内部的电阻值，也称为动态阻抗(Zz)，随着反向电流快速增加而开始降低。从膝点以下，反向击穿电压(vz)基本上维持定值，即使当稳定电流增加也只些微地增加。
这种能够维持两端之间反向电压不变的能力，就是齐纳二极管的关键特性。当齐纳二极管工作在击穿区时就像一个电压调整器，因为它在特定的反向电流范围内，两端的电压几乎维持在固定值。
为了调整电压，要让二极管维持在击穿区工作，就必须保持反向电流在最低值。可以从在图3.3中的曲线看出，当反向电流阵低到曲线的膝点以下，电压会急速地下降，因此丧失调整电压的功能。同时，当二极管的电流超过最大值IZM时，二极管可能会因为过量的功率消耗而损毁。所以，基本上当齐纳二极管的反向电流值在IZK～IZM的范围内，它在两端之间会维持接近定值的电压。通常资料表中所指的稳定电压，是指当反向电流为齐纳测试电流(Zener test current)时的电压。
3.齐纳等效电路
图3.4(a)显示齐纳二极管在反向击穿区的理想模型。它拥有等于齐纳电压的定值电压降。这个定值电压降可用一个直流电压源加以表示，事实上虽然齐纳二极管并不会产生一个电动势(emf)的电压源。这个直流电压源只是表示在反向击穿时，在二极管两端会产生一个固定电压的情况。
图3.4(b)代表齐纳二极管的实际模型，这个模型包含动态阻抗(Zz)。因为实际的电压曲线并不是完全垂直的，齐纳电流的改变( △Iz)会产生微小的齐纳电压变更(△Vz)，如图3.4(c)所示。由欧姆定律，△Vz对△Iz的比率就是阻抗，如下式所示：Zz=△Vz/△Iz
4. 温度系数
温度系数( temperature coefficient)是指对每摄氏温度的改变，所造成稳定电压的变动百分比。例如，一个12V的齐纳二极管有一个正温度系数0.Ol%/℃，当接面温度上升一摄氏度时，稳定电压会上升1.2mV。依据提供的温度系数，接面温度的变动量，则稳定电压的变动量可由下式计算出来： △Vz=Vz×TC×△T (3.2)
其中，Vz是在25℃时的指定稳定电压，而TC是温度系数，△T是温度的变动量。正值的TC意指当温度增加时，稳定电压也增加，或者温度降低时，稳定电压也随着降低。负值的意指当温度增加时，稳定电压降低，或者温度降低时，稳定电压反而增加。
在某些情况下，温度系数是以mV/℃表示，而不以%/℃表示。在这些情况下，计算如下： △Vz= TC×△T (3.3)
5.齐纳二极管的功率消耗与额降
齐纳二极管设计是以最大功率工作，称之为最大直流功率消耗。例如，1N746齐纳二极管的PD(max)=500mW，而1N3305A的PD(max)等于50W。此直流功率消耗可用下面公式求得 PD=VzIz
齐纳二极管的最大功率消耗通常是定义在等于或小于某个温度（例如50℃）。当高于此温度时，最大功率消耗会随着降额因子而减低。降额因子是用mW/℃表示。最大降额功率可用下列公式计算： PD(derated)一PD(max) -(mW/℃)△T (3.4)
6.齐纳二极管参数表信息
参数表上有关齐纳二极管（或是任何种类的电子元器件）的数量与种类的数据，皆不尽相同。对某些齐纳二极管，可从资料表上发现比其他的齐纳二极管更多的资料。图3.7提供一个例题，其中有你曾学过的类别参数，也可在一般标准参数表中找到，但是这份参数表并不完整。这份资料是有关1N4728.1N4764齐纳二极管系列。
(1)电特性
图3.7(a)是有关电特性( electrical characteristics)的表格，第一栏是齐纳二极管的型号。大部分的元件参数表都有这项特性数据。齐纳电压(Zener voltage)财于每个齐纳二极管的型号，在每个指定的齐纳测试电流，相对的齐纳电压则列在第二栏。Vz的标示值会随着误差不同而改变。例如，1N4738的标示值是8.2V。误差为10%时，此值可从7.38V变动到9.02V。
齐纳测试电流(Zener test current)稳定电流IZT的单位是毫安，此电流是在表示的稳定电压下的测出值，其值列在图3.7(a)表格的第三栏。
齐纳阻抗(Zener impedance)是在稳定测试电流，所测得的动态阻抗的欧[姆]值。每种齐纳二极管的ZZT值列在第四栏。动态这个名词表示它是交流数值，就是对于特定电流的变动量所造成的电压变化量ZZT=△Vz/△Iz。你不能用直流的VZ和IZT来计算。这个表格也包含了Zzk，这是在电流等于膝点电流IZK时，所测的阻抗。
反向漏电流( reverse leakage current)的值列在表格的第五栏。漏电流是当齐纳二极管反向偏压在特性曲线膝点以下时，流过二极管的电流值。注意这些值非常的小，就如同整流二极管的情形一样。
最大齐纳二极电流(maximum Zener current)最大的直流电流值IZM并没有在这份资料表中表示出来。然而，这还是僮得说明一下，因为你会在某些资料表中找到它。IZM的标示值是根据功率等级，在IZM测得的稳定电压和稳定电压误差所决定。IZM的估计值可由最大功率消耗PD(max)和在IZT的Vz，计算如下所示： IZM=PD(max)/Vz
(2)图形数据
有些参数表提供各种参数的图表，有些则没有。图3.7提供有关本节所讨论过概念的图表。
功率降额( power derating)图3.7(b)显示此特定系列齐纳二极管的功率额降曲线。请注意，在温度50℃以下，齐纳二极管的最大功率消耗是1W。50℃以上，功率额定值会线性地降低，如图所示。例如，在140℃时功率额定值大约是400mW。
温度系数( temperature coefficients)图3.7(c)显示在稳定电压低于12V以下，相对于稳定电压的温度系数(mV/℃)。这两个曲线定义了温度系数的范围。例如，6V的齐纳二极管的温度系数范围可能从1.5～3mV/℃。
齐纳电流对齐纳阻抗的影响(effect of Zener current on Zener impedance)图3.7(d)表示当齐纳电压在特定的标示值时，齐纳阻抗ZZ对电流的变化情况：2.7V、6.2V、27V和47V。请注意，Zz会随电流增加而变小。
