硬件工程师之电子元器件—二极管（10）之可变电容和TVS二极管

写在前面

本系列文章主要讲解二极管的相关知识，希望能帮助更多的同学认识和了解二极管。

若有相关问题，欢迎评论沟通，共同进步。(*^▽^*)

二极管

25. 齐纳二极管的动态阻抗

齐纳阻抗是齐纳二极管在传导电流时的等效串联电阻（ESR）。在理想情况下齐纳阻抗应为零，但实际上齐纳二极管具有一定的阻抗。因此，齐纳二极管仅在有限的电流范围内发挥作用。

齐纳二极管是一种专门用于在反向偏置状态下使用齐纳击穿的二极管。反向电流在齐纳电压下突然增加。换言之，齐纳电压仅略微依赖于反向电流。尽管如此，齐纳电压会随着电流的变化而变化，这种变化的速率称为动态阻抗。

如图47所示，齐纳二极管在较低和较高的电流区域表现出比指定动态阻抗更高的阻抗。在这些区域中，齐纳电压可能会随着电流或温度的变化而发生显著变化。在恒压电路中使用齐纳二极管时应多注意。

图 47 齐纳二极管的I-V特性

26. 可变电容二极管

可变电容二极管也称变容二极管。

其是利用向PN结施加反向电压时产生的耗尽层电容特性的一种产品。耗尽层用作电极之间的间隙。随着耗尽层根据施加的电压发生变化，容量相应变化。

可变电容二极管是一种pn结二极管。与典型的pn结二极管不同，可变电容二极管用于pn结反向偏置但未进入击穿状态的区域。

图 48 p-n结二极管I-V曲线以及可变电容二极管的使用范围

对于pn结二极管，在pn结周围形成耗尽区，如图49能带图所示。由于移动载流子的耗尽，耗尽区具有像绝缘体一样的高电阻。在这种状态下，耗尽区的特性就像一个电容器，耗尽区与反向电压成比例地变宽。

可变电容二极管专门利用耗尽区的这种与电压相关的电容。

图 49 pn结的能带图

可用以下方程式表示电容：

C＝K x ( V(R) + Φ )(-n)

K：取决于掺杂剂浓度、结面积等因素的器件特定常数。

Φ：扩散电位

pn结的类型包括线性渐变结、突变结和超突变结。上式中的变量n取决于结的类型。对于线性渐变结、突变结和超突变结，n分别为1/3、1/2或1或更大。电容的变化率随着n值的增加而增加。典型的pn结二极管（例如，开关二极管）具有倾斜结，而可变电容二极管具有突变结或超突变结。

图 50 pn结的分类（掺杂剂分布）

27. 可变电容二极管的特性

可变电容二极管的特性是当施加指定偏置电压时的电容（例如：当V(R)=3V时，是C(3V)），当施加电压发生改变时的电容变化（电容比），以及当用于振荡器和滤波器时影响Q指数的串联电阻。

28. 二极管热阻的计算

小信号晶体管的结到环境的热阻（Rth(j-a)）可以根据其集电极功耗计算如下：

Rth(j-a)＝(Tjmax-Ta)/PCmax

• Rth(j-a)：结到环境的热阻
• Tjmax：最大结温
• Ta：环境温度（P(C)最大值的温度条件）
• PCmax：最大集电极功耗

29. TVS二极管(ESD二极管)

TVS二极管是齐纳二极管的一种，主要用于防止静电放电（ESD），通常用于防止IC受到来自USB线的ESD影响。TVS二极管的电极间电容极低，因此不影响信号，并且其电阻（R(dyn)）很低，可增强保护功能。支持正反方向ESD的产品。

30. TVS二极管的应用

当带电的人体与电子元件相互接触时，静电会被释放到电子元件上。最常见的静电放电（ESD）入口点包括 USB、HDMI、电源和其它连接器端口。ESD也会从金属表面外露的天线进入。

TVS二极管必须连接所有需要ESD保护的数据线和电源线。TVS二极管应尽可能靠近ESD入口点。

TVS二极管产品线，包括一位TVS二极管和多位TVS二极管阵列。还包括具有流通式引脚排列的TVS二极管阵列，专为USB、HDMI和其它多端口设计，以简化电路板走线布局。

图 51 ESD二极管的应用

31. TVS二极管的工作原理

当电子元件正常工作（蓝线）和暴露于静电中（红线）时，电流如何在电路中流动？

当电子元件正常运行时，TVS二极管保持关断状态并表现出寄生（结）电容，从而充当电容器。

当向TVS二极管施加大于特定电压的电压时，电流会突然开始流过TVS二极管。因此，当ESD产生的电压进入电路时，电流会流过TVS二极管，使电压保持恒定，从而保护后面的IC和其它元件免受过压和过流影响。

图 52 ESD二极管的工作原理

本文章是博主花费大量的时间精力进行梳理和总结而成，希望能帮助更多的小伙伴~  🙏🙏🙏

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