穩(wěn)壓二極管又叫齊納二極管，普通二極管反向電壓超過(guò)其反向耐壓值時(shí)會(huì)被擊穿損壞，穩(wěn)壓二極管由于采用特殊的制造工藝，在承受反向電壓達(dá)到穩(wěn)壓值時(shí)，反向電流急劇增大，只要反向電流值不超過(guò)允許的最大電流，就可以正常工作。

穩(wěn)壓二極管是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管，簡(jiǎn)稱穩(wěn)壓管。利用PN結(jié)的反向擊穿狀態(tài)，其電流可在很大范圍內(nèi)變化而電壓基本不變的現(xiàn)象。

圖1: 常用貼片穩(wěn)壓二極管

01、穩(wěn)壓管工作原理

穩(wěn)壓二極管的正向特性和普通的二極管基本相同，其反向特性是在反向電壓低于反向擊穿電壓時(shí)，反向電阻很大，反向電流極小。當(dāng)反向電壓達(dá)到反向電壓的臨界值時(shí)，反向電流驟然變大，稱為擊穿，反向電阻驟然降至非常小的值，盡管電流在很大范圍內(nèi)變化，而其兩端電壓卻基本上穩(wěn)定在擊穿電壓附近，從而實(shí)現(xiàn)二極管的穩(wěn)壓功能。

圖2: 穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線    

02、穩(wěn)壓管的電氣參數(shù)

穩(wěn)壓二極管的主要電氣參數(shù)有穩(wěn)定電壓、穩(wěn)定電流Z、動(dòng)態(tài)電阻、額定功率、溫度系數(shù)、反向漏電流。

• 穩(wěn)定電壓（VZ）

穩(wěn)壓管反向擊穿后其電流為規(guī)定值時(shí)它兩端的電壓值稱為穩(wěn)定電壓。不同型號(hào)穩(wěn)壓管其穩(wěn)定電壓范圍不同，相同型號(hào)的穩(wěn)壓管也常因制造工藝的差異而有一定的分散性，該值隨著工作電流和溫度的不同而略有改變。

• 穩(wěn)定電流（IZ）

穩(wěn)定電流是指穩(wěn)壓管正常工作時(shí)的參考電流。通常是在最小穩(wěn)定電流IZMIN與最大穩(wěn)定電流IZMAX之間。其中IZMIN是指穩(wěn)壓管開(kāi)始穩(wěn)壓作用時(shí)的最小電流，電流低于此值時(shí)，穩(wěn)定效果很差；IZMAX是指穩(wěn)壓管穩(wěn)定工作時(shí)的最大允許電流，超過(guò)此電流時(shí)，達(dá)到額定功率后穩(wěn)壓管將發(fā)生永久性擊穿。所以要求穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流在IZMIN＜IZ＜IZMAX。

• 動(dòng)態(tài)電阻（RZ）

RZ是指在穩(wěn)壓管正常工作的范圍內(nèi)，電壓的微變量與電流的微變量之比，RZ值越小表明穩(wěn)壓管的性能越好。

• 額定功率（PZ）

是穩(wěn)壓管通過(guò)反向電流時(shí)允許消耗的最大功率，等于穩(wěn)定電壓和最大穩(wěn)定電流的乘積，在使用過(guò)程中，如果穩(wěn)壓二極管消耗的功率超過(guò)該功率就會(huì)容易損壞，主要取決于穩(wěn)壓管的PN結(jié)面積和散熱條件。

• 溫度系數(shù)（ａ）

穩(wěn)壓二極管的溫度變化會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定電壓發(fā)生微小變化，因此溫度變化1℃所引起管子兩端電壓的相對(duì)變化量即是溫度系數(shù)。溫度系數(shù)越小越好，說(shuō)明穩(wěn)壓管受溫度影響非常很小。一般來(lái)說(shuō)穩(wěn)壓值低于4V屬于齊納擊穿，溫度系數(shù)是負(fù)的；高于7V時(shí)屬于雪崩擊穿，溫度系數(shù)是正的；當(dāng)4V＜VZ＜7V時(shí)，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)，作為標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管使用。    

• 反向漏電流（IR）

指穩(wěn)壓二極管在規(guī)定的反向電壓下產(chǎn)生的漏電流。即穩(wěn)壓二極管在未工作狀態(tài)下正極到負(fù)極之間的電流，原則上反向漏電流越小越好。

03、穩(wěn)壓二極管應(yīng)用電路

穩(wěn)壓二極管主要應(yīng)用于電源穩(wěn)壓、過(guò)壓保護(hù)、溫度補(bǔ)償、限幅電路、浪涌防護(hù)、電弧抑制等。

• 電源穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓二極管為電源電路輸出后級(jí)穩(wěn)壓，是其最典型的應(yīng)用。下圖是穩(wěn)壓二極管的典型直流穩(wěn)壓電路。當(dāng)直流電壓波動(dòng)時(shí)，流過(guò)電阻R和VZ的電流大小隨之相應(yīng)波動(dòng)，由于穩(wěn)壓管的作用，保持電路后級(jí)輸出U0不變，那么直流電壓的大小波動(dòng)降在電阻R1上。

圖3: 穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的直流穩(wěn)壓電路

• 過(guò)壓保護(hù)電路

下圖是穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的過(guò)電壓保護(hù)電路，電阻R1和R2構(gòu)成115V的直流分壓電路，分壓后的電壓通過(guò)穩(wěn)壓二極管VD1加到控制三極管VT1的基極，當(dāng)115V電壓大小保持不變時(shí)，R1和R2分壓后的電壓使穩(wěn)壓二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，VT1三極管也處于截止?fàn)顟B(tài)，CPU待機(jī)控制電路檢測(cè)到高電平，待機(jī)控制電路不動(dòng)作，電路正常工作。當(dāng)115V電壓浮動(dòng)后，電阻R1和R2分壓后的電壓足以使穩(wěn)壓二極管VD1導(dǎo)通時(shí)，VT1三極管因輸入高電平也導(dǎo)通，CPU待機(jī)控制電路檢測(cè)到低電壓，待機(jī)控制電路動(dòng)作，使電路進(jìn)入待機(jī)保護(hù)狀態(tài)。    

圖4: 穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的過(guò)壓保護(hù)電路

• 溫度補(bǔ)償電路

穩(wěn)壓二極管溫度補(bǔ)償電路是利用穩(wěn)壓二極管的溫度系數(shù)，如下圖所示是溫度互補(bǔ)型的穩(wěn)壓二極管構(gòu)的穩(wěn)壓電路。具有溫度互補(bǔ)特性的穩(wěn)壓二極管內(nèi)部其實(shí)是有兩只普通的穩(wěn)壓二極管，兩只管子溫度特性相反，當(dāng)溫度升高或下降時(shí)，一只管子壓降下來(lái)，另一只升高，總壓降保持不變，起到溫度補(bǔ)償作用。

圖5: 穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的溫度補(bǔ)償電路    

• 限幅電路

如下圖所示由穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的信號(hào)限幅電路，如果輸入信號(hào)過(guò)大，容易損壞運(yùn)放OP，通過(guò)放置齊納二極管可對(duì)輸入信號(hào)的幅度大小進(jìn)行限制，注意這種情況下，要選用反向漏電流很小的D1，而信號(hào)頻率過(guò)高的話，還要考慮D1寄生電容要足夠小。

圖6: 穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的限幅電路

• 浪涌防護(hù)電路

當(dāng)工作電壓沒(méi)有浪涌電壓出現(xiàn)時(shí)，工作電壓不足以使穩(wěn)壓管VD1導(dǎo)通，沒(méi)有電流流過(guò)繼電器K1，K1觸點(diǎn)保持導(dǎo)通狀態(tài)，輸入電壓正常給負(fù)載供電。當(dāng)輸入電壓上疊加浪涌電壓時(shí)，穩(wěn)壓二極管導(dǎo)通，電流流過(guò)繼電器，K1的觸點(diǎn)斷開(kāi)，負(fù)載供電電壓被斷開(kāi)，達(dá)到保護(hù)負(fù)載的目的，具體如下圖：    

圖7: 穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的浪涌防護(hù)電路

• 電弧抑制電路

電感線圈、繼電器在導(dǎo)通狀態(tài)切斷時(shí)，由于電磁能釋放所產(chǎn)生的電壓很容易損壞后端的電路，線圈兩端并聯(lián)穩(wěn)壓管就可以有效消除電弧，具體如下圖：

圖8: 穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的電弧抑制電路

也可以使用普通的二極管來(lái)給電感線圈、繼電器斷開(kāi)時(shí)續(xù)流，消除電??；也可以使用RC吸收電路來(lái)吸收瞬間產(chǎn)生電弧。

04、穩(wěn)壓二極管應(yīng)用注意事項(xiàng)

穩(wěn)壓二極管應(yīng)用注意事項(xiàng)如下：由于穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電壓值的離散性比較大，即使是同一廠家的同一型號(hào)也存在差異，選型時(shí)應(yīng)加以注意。穩(wěn)壓管工作狀態(tài)電流值較高，不適用于大功率場(chǎng)合。穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓有一定范圍，對(duì)電壓精度要求高的場(chǎng)合并不適用，可以使用線性穩(wěn)壓模塊代替。對(duì)于過(guò)壓保護(hù)的穩(wěn)壓二極管，其穩(wěn)定電壓的選定要依據(jù)保護(hù)電壓的大小使用，其穩(wěn)定電壓值不能選的過(guò)大或過(guò)小，否則起到保護(hù)作用。

在選用穩(wěn)壓二極管時(shí)，除關(guān)注穩(wěn)定電壓、穩(wěn)定電流參數(shù)外，盡可能選用動(dòng)態(tài)電阻較小的管子，動(dòng)態(tài)電阻越小穩(wěn)壓效果越好。穩(wěn)壓二極管的反向電流應(yīng)控制在安全范圍內(nèi)，否則會(huì)導(dǎo)致二極管的過(guò)熱損壞，穩(wěn)壓管使用時(shí)要串聯(lián)限流電阻，用來(lái)保護(hù)穩(wěn)壓管并設(shè)定其工作電流。穩(wěn)壓管的選取原則是：導(dǎo)通電流大時(shí)選面接觸型，工作頻率高時(shí)選點(diǎn)接觸型；反向擊穿電壓高時(shí)、耐高溫時(shí)、反向電流小時(shí)選硅管。為使穩(wěn)壓二極管的電壓溫度系數(shù)感得到補(bǔ)償，可以使用不同溫度系數(shù)的穩(wěn)壓二極管串聯(lián)，為獲得較低的穩(wěn)定電壓，可以選擇適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓二極管以相反方向串聯(lián)，再加以適當(dāng)?shù)墓ぷ麟娏鱽?lái)獲得。

圖9: 穩(wěn)壓二極管串聯(lián)用于電源穩(wěn)壓