稳压二极管

稳压二极管，英文名称Zener diode，又叫齐纳二极管。利用PN结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。 [1]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，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。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高的稳定电压。

稳压二极管的伏安特性曲线的正向特性和普通二极管差不多，反向特性是在反向电压低于反向击穿电压时，反向电阻很大，反向漏电流极小。但是，当反向电压临近反向电压的临界值时，反向电流骤然增大，称为击穿，在这一临界击穿点上，反向电阻骤然降至很小值。尽管电流在很大的范围内变化，而二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电压附近，从而实现了二极管的稳压功能。

稳压二极管特点：

1、反向击穿特性：稳压二极管在反向电压加到一定值时，会发生反向击穿现象，此时电流急剧增加，但两端的电压却几乎维持不变。这个击穿电压即为稳压二极管的稳定电压。

2、稳压值稳定：稳压二极管在规定的电流范围内，反向击穿电压的变化范围很小，即具有良好的稳压特性。

3、动态电阻小：稳压二极管在反向击穿状态下工作时，其动态电阻很小，通常在几欧姆到几十欧姆之间。这使得稳压二极管在电路中能够迅速响应电压的变化，起到稳压作用。

4、功耗较小：稳压二极管在反向击穿状态下工作时，其功耗相对较小，因此适用于各种电源电路和需要稳定电压的电路中。

5、体积小、重量轻：稳压二极管通常采用半导体集成电路工艺制造，因此具有体积小、重量轻的特点，便于集成和安装。

稳压二极管用途：

1、电源稳压：稳压二极管常用于电源电路中，与电阻串联后并联在电源输出端，起到稳定输出电压的作用。当电源电压波动时，稳压二极管能够迅速响应并调整其反向击穿电压，保持输出电压的稳定。

2、电路保护：稳压二极管还可以用于电路保护中，如防止电路中的元器件因过压而损坏。通过将稳压二极管并联在需要保护的元器件两端，当电压超过稳压二极管的稳定电压时，稳压二极管会击穿导通，将多余的电压泄放掉，从而保护元器件免受损坏。

3、基准电压源：稳压二极管可以作为基准电压源使用，为电路提供稳定的参考电压。通过与其他电路元件配合，可以实现各种复杂的电路功能。

4、温度补偿：稳压二极管的反向击穿电压随温度的变化而略有变化，这种特性可以用于温度补偿电路中。通过测量稳压二极管的反向击穿电压变化，可以间接地测量温度，并据此调整电路的工作状态。

一、维修保养步骤

1、排除其他元器件故障：

在进行稳压二极管的维修之前，首先确认其他元器件没有损坏。这可以通过检查电路中的其他部分或使用测试设备来完成。

2、检查稳压二极管外观：

观察稳压二极管的外观是否有损坏或异常现象，如裂痕、烧焦等。外观损坏的稳压二极管需要更换。

3、使用万用表检测：

在电路断电的情况下，使用万用表检测稳压二极管的两边是否通电。

将万用表的档位旋钮调到×1k欧姆大档，红表笔搭在稳压二极管的负极，黑表笔搭在稳压二极管的正极。正常情况下，其正向阻值应该是10千欧左右。

将万用表的红黑表笔位置对调过来，测量稳压二极管的反向阻值，正常情况下，其反向阻值应该是100千瓦左右。如果测量的数值不在这个范围，则说明稳压二极管已经损坏。

4、更换损坏的稳压二极管：

如果经过检测确认稳压二极管损坏，需要及时更换。在更换时，应注意选型和极性的正确连接。

二、维修保养注意事项

1、焊接注意事项：

在焊接稳压二极管时，管脚必须在离管壳5mm以上处进行焊接。

推荐使用30W以下的电烙铁进行焊接，如果使用40～75W电烙铁焊接时，焊接时间不宜过长，尽量控制在十秒以内。

2、温度影响：

温度会影响半导体器件的性能。当环境温度超过50℃时，温度每升高1℃，应将最大耗散功率降低1%。因此，在维修保养过程中，要注意环境温度对稳压二极管性能的影响。

3、避免并联使用：

由于二极管参数的离散性比较大，稳压二极管不得并联使用。如果需要提高稳压能力，可以将多只稳压二极管串联使用。

4、保持接触良好：

在使用中应保持稳压二极管连接端的接触良好，防止连接不良导致稳压二极管损坏。

1、材料准备：

选择高纯度的硅或锗作为基材，这是制造半导体器件的基础。

准备掺杂剂，用于形成PN结，以及氧化剂等其他必要材料。

2、晶圆制备：

将硅片进行加工，制作出单个或多个PN结的晶圆。这通常涉及使用金刚石刀将硅晶圆切成薄片，并经过多次高温高压生长形成晶体。

3、掩膜光刻：

将掩膜图案转印到硅片表面，通过感光、显影等处理，形成扩散区、掺杂区等。

4、掺杂与扩散：

在基片表面喷洒杂质离子，如掺磷氮等。

将掺杂剂通过高温扩散的方式加入到硅片中，形成掺杂区和扩散区，形成正负电极。

5、氧化：

将硅片放置在氧化炉中，加入氧化剂，形成硅片表面的氧化层和二极管的隔离层。

6、金属化：

在二极管的阳极与阴极处，通过金属沉积的方式制作出金属接触，以方便二极管的引出。同时，金属化也包括将金属薄膜氧化后沉积在正负极之间，以保护它们并提高二极管的效率。

7、切割与封装：

将晶圆切割成单个的稳压二极管芯片。

将稳压二极管芯片进行包装，封装成各种不同形式的稳压二极管产品。

8、测试：

对制造好的稳压二极管进行测试，验证其电性能，确保其符合质量标准。

此外，稳压二极管的生产工艺还涉及一些特定的制造工艺，如合金法、外延法和扩散法：

合金法：主要应用于低压稳压二极管芯片的早期制造，采用N型衬底通过硅铝片或蒸发淀积铝在高温烧结炉中烧结形成铝硅互融体。

外延法：主要用于制造5.5V-36V的稳压二级管产品，采用硅外延片为衬底，并在衬底上进行扩散或采用离子注入形成PN结。

扩散法：是一种经济适用型的制造工艺，参数容易控制。它采用高浓度的P型衬底，通过控制N型扩散的浓度以及结深，精准地控制稳压管的电压值。

1、选型正确：

根据电路的要求选择合适的稳压二极管，包括稳定电压值、最大工作电流、耗散功率等参数。

注意稳压二极管的极性，确保正确连接到电路中。

2、温度影响：

稳压二极管的稳定电压会随温度变化而略有变化。在设计电路时，应考虑温度系数对电路的影响，并采取适当的温度补偿措施。

稳压二极管的工作温度应在其额定范围内，避免过热导致性能下降或损坏。

3、最大工作电流：

稳压二极管在工作时不能超过其最大工作电流，否则可能导致稳压二极管过热、损坏或性能下降。

在设计电路时，应根据负载电流和稳压二极管的特性选择合适的限流电阻，以确保稳压二极管工作在安全范围内。

4、并联使用：

稳压二极管不宜并联使用，因为不同稳压二极管的稳定电压和动态电阻可能存在差异，并联使用可能导致电压不稳定或损坏器件。

如果需要提高电路的稳压能力，可以采用串联稳压二极管的方式。

5、避免短路：

在使用稳压二极管时，应避免其引脚短路或与其他电路元件短路，以防止损坏器件或影响电路性能。

6、静电防护：

稳压二极管对静电敏感，在搬运、安装和测试过程中应注意静电防护，避免静电击穿或损坏器件。

7、焊接注意：

在焊接稳压二极管时，应使用适当的焊接工具和焊接温度，避免焊接时间过长或温度过高导致器件损坏。

焊接后应检查焊接点是否牢固，有无虚焊或短路现象。

8、散热设计：

对于大功率的稳压二极管，应设计合理的散热结构，如添加散热片、风扇等，以确保器件在工作时不会过热。

9、环境适应性：

稳压二极管应能在其规定的环境条件下正常工作，包括温度、湿度、振动等因素。在恶劣环境下使用时，应采取相应的防护措施。

10、质量可靠性：

选择信誉良好的供应商提供的稳压二极管，以确保其质量和可靠性。

在使用前应对稳压二极管进行必要的检测和筛选，以剔除不合格品。

1. 外观检查

检查稳压二极管的引脚是否弯曲或脱落，外壳是否破损。

是否有明显的烧焦或热量迹象，如颜色变化、烧焦痕迹等。

2. 万用表测试

电阻测量：

将万用表调至电阻测量档位。

连接到稳压二极管的两个引脚上。

正常情况下，稳压二极管在两个方向上都应有一个稳定的电阻值。

如果电阻值为无穷大或接近于零，可能存在故障。

电流测量：

将万用表调至电流测量档位。

一个测试笔连接到稳压二极管的一个引脚，另一个连接到电路。

根据稳压二极管的额定电流值，判断是否存在故障。

无法输出稳定电流或无法稳压，则可能存在故障。

短路测试：

使用万用表的二极管测试功能。

分别连接到稳压二极管的两个引脚上。

如果显示导通，可能存在短路问题。

3. 温度测试

使用红外测温仪或热像仪检测稳压二极管的温度。

在正常工作情况下，稳压二极管应保持适当的温度。

异常升高的温度可能指示故障，需要进一步排查原因。

4. 排查外部电路

如果稳压二极管本身没有问题，应检查外部电路是否正常。

检查是否有电路接错、损坏或负载过大的情况。

5. 预防措施

过电流损坏：确保电路中的最大电流不超过稳压二极管的最大承受电流。

过热损坏：改善散热条件，如增加散热片、优化PCB布局。

电压应力损坏：确保稳压二极管的反向工作电压高于电路中可能遇到的最高电压。

逆向连接损坏：确保稳压二极管正确安装，避免逆向连接。

电磁脉冲(EMP)损坏：在易受电磁干扰的环境中使用电路时，采取适当的保护措施。

6. 更换稳压二极管

如果以上方法都不能解决问题，可能需要考虑更换稳压二极管。

更换时，确保新的稳压二极管型号和工作电压范围与原来的相同。