摘要

硬件工程师会经常使用到稳压二极管，那什么是稳压二极管，稳压二极管的作用是什么，怎样使用稳压二极管？

稳压二极管，英文名称Zener diode，又名齐纳二极管，是利用PN结反向击穿状态，能在电流变化大变化范围内，而保持电压稳定所研发出来稳压作用的二极管。

稳压二极管也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。

图一 实物图

稳压管：齐纳隧道效应，当反向电压达到并超过稳定电压时，反向电流突然增大，而二极管两端电压恒定。

齐纳击穿：当反向电压增大到一定值时，势垒区内就能建立起很强的电场，它能够直接将束缚在共价键中的价电子拉出来，使势垒区产生大量的电子一空穴对，形成较大的反向电流，产生击穿。把这种在强电场作用下，使势垒区中原子直接激发的击穿现象称为齐纳击穿。

齐纳击穿一般发生在掺杂浓度较高的PN结中。这是因为掺杂浓度较高的PN结，空间电荷区的电荷密度很大，宽度较窄，只要加不大的反向电压，就能建立起很强的电场，发生齐纳击穿。

图二 稳压二极管的伏安特性伏安特性曲线

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，从而实现了稳压功能。

说得简单一点，就是稳压二极管被击穿后，它两端电压会基本保持不变，当电源电压发生波动时候，稳压二极管就能保持负载两端电压的不变，从而实现稳压。

稳压二极管也是二极管的一种，它的重要技术参数跟普通二极管也大致相同，主要有以下几点。

1、稳定电压Vz

稳定电压是指标称稳定电压，理想稳压管的稳压值是一个固定的电压数值，但实际真实稳压管的稳定电压会在一定范围波动，有些型号的稳压管应用手册中会给出标称稳定电压值，最小稳定电压值和最大稳定电压值，但也有些手册中只给出标称稳定电压值。

2、额定工作电流（IZT）

是指加上额定电压时通过稳压二极管的电流值，如果通过稳压二极管的电流低于此值，稳压效果就会变差；如果高于此值时，只要不超过额定功率损耗，稳压性能会好一些，但要多消耗电能。

3、最小稳定工作电流

最小稳定工作电流是指可以使稳压管具有稳压功能的最小工作电流，如果稳压管电流小于这个值，会进入反向截止区，在反向截止区稳压管是没有稳压功能的

4、最大稳定工作电流

最大稳定工作电流是指可以使稳压管具有稳压功能的最大工作电流，如果超过这个电流，会导致稳压管损坏。有些稳压管的应用手册中并没有给出最大稳定工作电流，这是因为这个参数可以由标称稳定电压和最大耗散功率两个参数得出。

5、动态电阻ZZT

稳压管的动态电阻等于电压变化与电流变化的比值。动态电阻越小稳压效果越好，这是因为动态电阻小，则相同电流变化引起的电压变化就越小，所以电压就越稳定。从稳压管的反向伏安特性可以看出，稳压管的工作电流越接近最大稳定工作电流则动态电阻越小，越接近最小工作电流则动态电阻越大。所以稳压管工作电流接近最大稳定工作电流时稳压效果才好。

6、最大耗散功率Pz

当反向电流通过稳压二极管，稳压二极管本身消耗功率的最大允许值就叫做额定功率。在实际使用时，不允许稳压二极管消耗的功率超过这个极限值。

这里是在PCB上测试时给出的最大值为370mW，我们实际使用时要留有余量，要不会烧坏管子。

7、稳压二极管的温度系数α

如果稳压二极管的工作温度发生变化，它的稳压电压值也会发生微小变化，温度变化1℃所引起管子两端电压的相对变化量即是温度系数（单位：﹪/℃）。例如2CW58稳压管的温度系数是+0.07%/°C，即温度每升高1°C，其稳压值将升高0.07%。

以我们常用的BZT52系列为例，可以根据上述选型参数可以快速选择我们所需要的管子。

稳压管在电路应用中一般要串联一个限流电阻，用来保护稳压管，避免工作电流过大导致损坏，另外通过选定合理的限流电阻值，也可以避免稳压管工作电流过小而进入反向截止区，失去稳压效果。所以说这个限流电阻R即起到保护作用，也起到设定合适工作电流的作用。下图是稳压二极管的典型应用电路：

图三 稳压二极管的典型应用电路

对于图三中典型稳压电路的稳压过程我们先进行一下定性分析，从图中我们容易看出，在限流电阻值固定的情况下，能影响到稳压管工作电流的因素有两个，一是输入端电压UI的波动，另一个是负载电阻RL大小的变化。现在我们假设一种情况：即输入电压UI不变，但负载电阻RL变小时是如何稳压的。

由于负载电阻RL变小会直接导致负载通路的电流IR变大，所以流过限流电阻的电流IR会增大，导致限流电阻压降增大，所以稳压管两端电压（即负载电阻两端电压Uo）变小，导致稳压管电流IDZ减小，（根据稳压管伏安特性曲线可以知道，稳压管电流的下降速度远大于负载电流上升速度，所以最终总的电流呈现下降趋势）这又会引起限流电阻电流减小，所以限流电阻电压当然也会随之减小，最终导致稳压管电压又增大，即负载电阻两端电压增大。这个过程的核心是稳压管端电压变小导致稳压电流减小，从而把稳压管两端电压又重新推高

另外，如果假设负载电阻不变，而输入电压增大或减小，则稳压过程的推导与上述类似。