穩(wěn)壓二極管又叫齊納二極管，普通二極管反向電壓超過其反向耐壓值時會被擊穿損壞，穩(wěn)壓二極管由于采用特殊的制造工藝，在承受反向電壓達到穩(wěn)壓值時，反向電流急劇增大，只要反向電流值不超過允許的最大電流，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，反向電阻很大，反向電流極小。當反向電壓達到反向電壓的臨界值時，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)定值時它兩端的電壓值稱為穩(wěn)定電壓。不同型號穩(wěn)壓管其穩(wěn)定電壓范圍不同，相同型號的穩(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)壓管開始穩(wěn)壓作用時的最小電流，電流低于此值時，穩(wěn)定效果很差；IZMAX是指穩(wěn)壓管穩(wěn)定工作時的最大允許電流，超過此電流時，達到額定功率后穩(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)壓管通過反向電流時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，在使用過程中，如果穩(wěn)壓二極管消耗的功率超過該功率就會容易損壞，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導致穩(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變化量即是溫度系數(shù)。溫度系數(shù)越小越好，說明穩(wěn)壓管受溫度影響非常很小。一般來說穩(wěn)壓值低于4V屬于齊納擊穿，溫度系數(shù)是負的；高于7V時屬于雪崩擊穿，溫度系數(shù)是正的；當4V＜VZ＜7V時，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)，作為標準穩(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、過壓保護、溫度補償、限幅電路、浪涌防護、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。當直流電壓波動時，流過電阻R和VZ的電流大小隨之相應(yīng)波動，由于穩(wěn)壓管的作用，保持電路后級輸出U0不變，那么直流電壓的大小波動降在電阻R1上。

圖3: 穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的直流穩(wěn)壓電路

• 過壓保護電路

下圖是穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的過電壓保護電路，電阻R1和R2構(gòu)成115V的直流分壓電路，分壓后的電壓通過穩(wěn)壓二極管VD1加到控制三極管VT1的基極，當115V電壓大小保持不變時，R1和R2分壓后的電壓使穩(wěn)壓二極管處于截止狀態(tài)，VT1三極管也處于截止狀態(tài)，CPU待機控制電路檢測到高電平，待機控制電路不動作，電路正常工作。當115V電壓浮動后，電阻R1和R2分壓后的電壓足以使穩(wěn)壓二極管VD1導通時，VT1三極管因輸入高電平也導通，CPU待機控制電路檢測到低電壓，待機控制電路動作，使電路進入待機保護狀態(tài)。    

圖4: 穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的過壓保護電路

• 溫度補償電路

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

圖5: 穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的溫度補償電路    

• 限幅電路

如下圖所示由穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的信號限幅電路，如果輸入信號過大，容易損壞運放OP，通過放置齊納二極管可對輸入信號的幅度大小進行限制，注意這種情況下，要選用反向漏電流很小的D1，而信號頻率過高的話，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

• 浪涌防護電路

當工作電壓沒有浪涌電壓出現(xiàn)時，工作電壓不足以使穩(wěn)壓管VD1導通，沒有電流流過繼電器K1，K1觸點保持導通狀態(tài)，輸入電壓正常給負載供電。當輸入電壓上疊加浪涌電壓時，穩(wěn)壓二極管導通，電流流過繼電器，K1的觸點斷開，負載供電電壓被斷開，達到保護負載的目的，具體如下圖：    

圖7: 穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的浪涌防護電路

• 電弧抑制電路

電感線圈、繼電器在導通狀態(tài)切斷時，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給電感線圈、繼電器斷開時續(xù)流，消除電弧；也可以使用RC吸收電路來吸收瞬間產(chǎn)生電弧。

04、穩(wěn)壓二極管應(yīng)用注意事項

穩(wěn)壓二極管應(yīng)用注意事項如下：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也存在差異，選型時應(yīng)加以注意。穩(wěn)壓管工作狀態(tài)電流值較高，不適用于大功率場合。穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓有一定范圍，對電壓精度要求高的場合并不適用，可以使用線性穩(wěn)壓模塊代替。對于過壓保護的穩(wěn)壓二極管，其穩(wěn)定電壓的選定要依據(jù)保護電壓的大小使用，其穩(wěn)定電壓值不能選的過大或過小，否則起到保護作用。

在選用穩(wěn)壓二極管時，除關(guān)注穩(wěn)定電壓、穩(wěn)定電流參數(shù)外，盡可能選用動態(tài)電阻較小的管子，動態(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)，否則會導致二極管的過熱損壞，穩(wěn)壓管使用時要串聯(lián)限流電阻，用來保護穩(wěn)壓管并設(shè)定其工作電流。穩(wěn)壓管的選取原則是：導通電流大時選面接觸型，工作頻率高時選點接觸型；反向擊穿電壓高時、耐高溫時、反向電流小時選硅管。為使穩(wěn)壓二極管的電壓溫度系數(shù)感得到補償，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?shù)姆€(wěn)壓二極管以相反方向串聯(lián)，再加以適當?shù)墓ぷ麟娏鱽慝@得。

圖9: 穩(wěn)壓二極管串聯(lián)用于電源穩(wěn)壓