稳压二极管的典型应用电路

稳压二极管（zener diode），也称齐纳二极管，与普通二极管不同的是，稳压二极管工作在反向击穿状态时，它的工作电流在很大范围内变化而其两端的电压基本不变。

它的原理图符号有如下图所示的两种：

标称稳定电压VZ（Nominal Zener Voltage）是稳压二极管最重要参数，也是工程师在选型时首要的参数。

稳压二极管的典型应用电路如下图所示：

它的主要作用是从较高输入电压Vi中获取的较低输出电压Vo，这里我们并没有这样描述：从较高的不稳定的输入电压Vi中获取较低的稳定输出电压Vo。稳压二极管虽然有一定的稳压功能，但这种稳压能力在精度要求较高的场合并不适用，在大多数实际应用电路中，稳压二极管更多的是为了获取一个对精度要求不高的电压值（精度要求高的可选择电压基准芯片，可参考相关文章），

下图为稳压二极管应用于场效应管驱动时的示意图：

N沟通道场效应管的栅源开启电压VGS是有最大限制值的，比如±20V，超过此值则场效应管可能会损环，通常在此类开关控制电路中，VGS值设置为 10V左右，如果电路系统中只有36V较高的电压（其它为5V之类的低压），这个电压不可以直接作为VGS电压，当然，可以采用诸如低压差线性调整芯片（LDO）从36V中降压获取此电压，但是大多数情况下，我们只需要如图所示稳压二极管即可，成本低，电路简单，而且这种应用对稳压精度要求并不高。

当输入电源电压Vi比稳压二极管的稳定电压VZ低时，稳压二极管没有击穿而处于反向截止区，此时电路回路中只有比较小的反向漏电电流IR（reverse leakage current），这种工作状态不是稳压二极管的正常工作状态，因为输出电压Vo是随输入电压Vi变化的，没有达到输出稳定电压的目的，如下图所示：

当输入电源电压Vi比稳压二极管稳定电压ZT高时，稳压二极管被反向电压击穿，此时回路电流急剧增加，如下图所示：

此时的输出电压Vo就是稳压二极管的标称稳定电压，也就是我们所需要的电压值，回路中的电流就是稳压二极管的工作电流IZ（zener current），此值由下式可得：

其中，电阻R就是稳压二极管的限流电阻。能够使稳压二极管进入稳压状态的最小电流IZ也叫膝点/拐点电流IZK（knee point current），因此，电阻R值不应该太大，那么这个电阻的最小值应该是多少才合适呢？我们继续往下看：

当输入电源电压Vi时继续增加时，稳压二极管的稳定电压VZ（也就是输出电压Vo）会有一定的变化，但没有输入电压Vi变化那么大，因为稳压二极管处于反向击穿稳压状态，此时输入电压Vi与输出电压Vo的差值都施加到电阻R两端，继而引起回路电流上升。

稳压二极管本身没有最高反向电压的参数，但是它会有一定的功耗，如下式：

也就是稳压二极管的稳定电压VZ与流过稳压二极管中的电流IZ的乘积，对于具体的稳压二极管，其稳定电压VZ是额定的，因此功耗也可以由最大的功耗也可由最大工作电流IZM（Maximum zener current）来表示，很多数据手册中也是给出这个值。

当回路电流IZ超过稳压二极管的最大工作电流IZM时（也就是超过二极管最高允许耗散功率），稳压二极管会因为过热而损坏，此时的输出电压Vo就是输入电压Vi，也就是不再有稳压能力了，如下图所示：

因此，我们在设置电阻R的最小值时，应控制稳压二极管的工作电流在IZM之内。

这种特性我们也可以从稳压二极管的伏安V-I特性曲线看出，如下图所示：

稳压二极管有一定的电阻，通常称为动态电阻RZ（zener resistance）或动态阻抗ZZ（zener impedance），它是指稳压管两端电压变化与电流变化的比值，可由下式所得：

动态电阻RZ随稳压二极管的工作电流IZ不同而不同，通常工作电IZ流越大（即分母越大），则动态电阻则RZ越小，这个值自然是越小越好。

我们可以把稳压二极管等效一个理想的电压源VZ与一个动态电阻RZ串联，如下图所示：

因此，典型应用电路也可以修改如下所示：

当回路中的电流IZ上升时，动态电阻RZ两端的压降（IZ×RZ）亦会上升，则输出电压Vo也会上升，动态电阻RZ越小则输出电压Vo变化越小，也就是说稳压能力更佳。

稳压二极管还有一个参数：温度系数TC（temperature coefficient），它是衡量在电路参数不变的条件下，稳压二极管的温度变化引起的稳定电压的变化量，亦即温度变化1 oC所引起稳压二极管两端电压的相对变化量，如下式：

它的单位是每摄氏度百分数（%/oC）。一般说来，稳定电压ZT小于5V属于齐纳击穿，其温度系数是负的；稳定电压ZT大于5V的属于雪崩击穿，其温度系数是正的。因此，理论上我们也可以用两个温度系数相反的稳压二极管串联，从而获得温度系数更好的稳压特性，如下图所示：

正温度系数的稳压二极管也可以作为集成芯片过温保护使用，关于此应用可参考文章《串联型稳压电路》

审核编辑：汤梓红