电路设计中稳压二极管技术特性与应用设计全解析

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一、简介

稳压二极管（又叫齐纳二极管，英文名称Zener diode）是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。利用PN结反向击穿状态，呈现极小的电阻，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，起稳压作用。电流增量ΔIZ很大，引起的ΔVZ很小。

Zzt 表示在标称稳压值和标称稳压电流值下的 稳压二极管阻抗 。

Izk 表示 稳压二极管反向击穿拐点处的电流。

Zzk 表示 稳压二极管反向击穿拐点处的阻抗。

VR 表示稳压二极管的反向电压

IR 表示稳压二极管在反向电压下的漏电流

二、工作原理

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。

图中的黄色区域（击穿区）就是稳压二极管的正常工作状态，通常此区域对应的Vr区间范围很小，此电压就是稳压二极管的工作点、稳压值。

      三、主要参数

稳定电压（Uz）：指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。该值随工作电流和温度的不同而略有改变。由于制造工艺的差别，同一型号稳压管的稳压值也不完全一致。

稳定电流（Iz）：工作电压等于稳定电压时的反向电流。元器件工作时，通过的反向基础电流，稳压二极管的工作电流偏小，稳压效果就会变差，而电流过大，又会导致管体由于温度过高而损坏。低于此值时，稳压管虽并非不能稳压，但稳压效果会变差;高于此值时，只要不超过额定功率损耗，也是允许的，而且稳压性能会好一些，但要多消耗电能。

动态电阻（Rz）：把电压变化量与电流变化量的比值，叫做稳压二极管的动态电阻。该比值随工作电流的不同而改变，一般是工作电流愈大，动态电阻则愈小。可见稳压二极管的动态电阻越小，说明稳压管的性能越好。

耗散功率（Pz）：反向电流通过稳压二极管的PN结时，要产生一定的功率损耗，PN结的温度也将升高。根据允许的PN结工作温度决定出管子的耗散功率。通常小功率管约为几百毫瓦至几瓦。

温度系数（Ctv）：温度的变化将使VZ改变，在稳压管中，当|VZ|>7V时，Vz具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿。 当|Vz|<4V时，VZ具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿。当4V<|Vz|<7V时，稳压管可以获得接近零的温度系数。对电源要求比较高的场合，可以用两个温度系数相反的稳压管串联起来作为补偿。由于相互补偿，温度系数大大减小，可使温度系数达到0.0005%/℃。

反向漏电流（IR）：指稳压二极管在规定的反向电压下产生的漏电流。

三、应用电路

1.稳压二极管适用于保护电源线、电源控制线，并能保护内部电路和IC免受热插拔等引起的过压影响。

2. LED指示灯的ESD保护电路

此电路利用齐纳二极管的反向偏置特性，防止LED受静电过高而损坏。

3.过压保护电路

如果输出电压过高，此电路中的齐纳二极管会导通，进而触发可控硅SCR对输入电压端进行限制。

4.信号限幅电路

如果输入信号过大，容易损坏运放OP，通过放置齐纳二极管可对Input信号的幅度大小进行限制。注意这种情况下，要选用反向漏电流很小的D1；而信号频率过高的话，还要考虑D1的等效电容要足够小。

6.稳压管恒流电路

三极管Q4的基级电压被限定在稳压二极管工作的稳定电压Uzd下，因此R10电阻的电压等于Uzd减去三极管基级与发射级的导通压降0.7V，即U=Uzd-0.7保持恒定不变，所以流过R10电阻的电流在VCC电源即使可变的条件下也是固定不变，也就是R8负载的电流保持不变，达到恒流的效果。

7.串联型稳压电路

此电路中，串联稳压二极管D，三极管BG的基极被稳压二极管D钳定在7V，那么其发射极就输出恒定的6.3V电压了。这个电路在很多场合下都有应用。

8、电弧抑制电路

在电感线圈上并联接入一只合适的稳压二极管的话，当线圈在导通状态切断时，由于其电磁能释放所产生的高压就被稳压二极管所吸收，所以当开关断开时，开关的电弧也就被消除了。这个应用电路在工业上用得比较多，如一些较大功率的电磁吸控制电路就用到它。

9、浪涌保护电路

稳压二管在准确的电压下击穿，这就使得它可作为限制或保护之元件来使用，因为各种电压的稳压二极管都可以得到，故对于这种应用特别适宜。图中的稳压二极管D是作为过压保护器件。只要电源电压VS超过二极管的稳压值D就导通，使继电器J吸合负载RL就与电源分开。

七、选取原则

要求导通电压低时选锗管；要求反向电流小时选硅管；要求导通电流大时选面结合型；要求工作频率高时选点接触型；要求反向击穿电压高时选硅管；要求耐高温时选硅管。

注：稳压二极管的稳压值离散性很大，即使同一厂家同一型号产品，其稳定电压值也不完全一样，这一点在选用时应加以注意。对要求较高的电路，选用前应对稳压值进行检测。

对于过电压保护的稳压二极管，其稳定电压的选定要依据保护电压的大小选用，其稳定电压值不能选的过大或过小，否则起不到电压保护的作用。在选用稳压二极管时，除了要注意稳定电压、最大工作电流等参数外，还要注意选用动态电阻较小的稳压二极管，因为动态电阻越小，稳压性能越好。使用稳压管时应注意，二极管的反向电流不能无限增大，否则会导致二极管的过热损坏。因此，稳压管在电路中一般需要串联限流电阻。选用稳压二极管时，要根据具体电子电路来考虑，简单的并联稳压电源，输出电压就是稳压二极管的稳定电压。

稳压二极管不得进行并联,原因在于将会增加允许的功率耗散。如果两个稳压二极管并联,具有较低稳压电压的二极管将传导大部分电流,所以可能会超出其允许的功率耗散。

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