电源设计应用中的模拟齐纳二极管

像典型的二极管一样，它看起来像一个小圆柱体，两端的两个端子连接或焊接到电子电路上。它是一种极化组件，具有阳极（正极）和阴极（负极）。

该组件的主体上靠近阴极或负极端子印有一条带。显然，在电子方案中，齐纳二极管必须与普通二极管不同。它的符号与二极管的符号非常相似，但为了使其多样化，添加了两条小线。使用的主要电子软件是LTspice。它是一种高性能 SPICE 仿真软件、原理图捕获和波形查看器，具有增强功能和模型，可简化模拟电路的仿真。

齐纳二极管

如果直接极化，则齐纳二极管会导通，就像典型的二极管一样。与典型的二极管不同，如果反向极化，它也会导通，但前提是超过电压阈值 (Vz)。在电子电路中，超过一定电压值使用这种传导特性是反极化的。由于齐纳的这一特性，仅在高于特定电压值 Vz 时才导通，因此它可以用于需要执行特定功能的所有情况。让我们开始熟悉齐纳二极管的一般操作。在图 1，我们可以看到一个简单的电气方案，其中半导体（12 V 时的 EDZV12B）被直接极化。0 V 和 20 V 之间直流类型的模拟显示电阻 R1 上的输出电压取决于电池电压。主图和图 A 确认了阴极和阳极之间的恒定电压差约为 0.833 V（结电压）。当阳极上的电压大于 0.8 V（图 B）时，这种恒定的电压差开始。

图 1：直接模式下的齐纳二极管仿真

在图 2 中，我们可以看到一个简单的电气方案，其中半导体（同样是 12 V 的 EDZV12B）被反向极化。0 V 和 20 V 之间直流类型的模拟显示电阻 R1 上的输出电压取决于电池电压。当然，在这种模式下，普通二极管不会传导电流。但是对于齐纳二极管，如果反向电压超过某个阈值（对于我们的二极管，它是 12 V），它就会开始导通。例如，如果电池电压为 18 V，我们会在电阻 m 上找到 6 V (18-12) 的电压。

图 2：反向模式下的齐纳二极管仿真

稳压二极管作为稳压器

之前的经验让我们明白，如果一个反向极化的齐纳二极管导通，它上面就有一个固定的电压 Vz。例如，如果 12V 齐纳二极管上始终存在 12V 电压，而不管电源电压如何，则齐纳二极管可用作稳压器。这是齐纳二极管的主要用途之一，作为固定值的稳定器，该电压可用于具有固定参考电压和为固定电压电路供电。图 3非常有趣，展示了齐纳二极管如何用作稳压器。它是一个 12V 电源，使用相同电压的齐纳二极管创建。二极管前面有一个电阻来限制电流，它的值是精确计算的。从图中可以看出，当电池电压超过 12V 时，电源工作。对于较低的电池值，二极管的结差始终为 0.8V。

图 3：作为稳压器的齐纳二极管的一般原理图

图 4 中的图表还显示了 R1 和 D1 上的电流，根据电池输入电压（刻度在右侧）。设计人员必须始终精确计算这些值，即使在最坏的情况下也是如此。事实上，齐纳二极管是适用于低电流的小型元件。

图 4：R1 和 D1 上的电流

结论

齐纳二极管是最佳稳定电压的组件。不幸的是，它们不能提供高电流，但它们对于为后续功率级提供精确的电压参考非常有用。所有电子产品均由精确的数学公式调节。齐纳二极管条件的计算也遵循这个规则。

审核编辑：郭婷