稳压二极管（齐纳二极管）的工作原理可以归纳为利用其反向击穿特性来实现电压稳定，以下是详细解释：

核心机制：反向击穿特性

1. 普通二极管的反向特性
   普通二极管在反向电压下仅产生微弱的漏电流（几乎不导通）。当反向电压超过"反向击穿电压"时，电流会急剧增大（发生击穿），通常导致二极管永久性损坏。

2. 稳压二极管的特性
   稳压二极管通过特殊工艺（高浓度掺杂）设计，能在反向击穿状态下安全、可逆地工作。击穿时，电流在极大范围内变化，而两端电压保持几乎恒定（(V_Z)，即"稳压值"）。

击穿类型（两种物理机制）

1. 齐纳击穿（低稳压值，如 < 5V）

   • 高浓度掺杂导致PN结耗尽层极薄。
   • 反向电压在耗尽层形成强电场，直接"拉断"共价键，产生大量电子空穴对，引发导通。
   • 负温度系数：温度升高时，击穿电压略降低。

2. 雪崩击穿（高稳压值，如 > 7V）

   • 耗尽层较宽，反向电压使载流子加速获得高动能。
   • 载流子撞击原子，产生连锁"雪崩效应"，电流剧增。
   • 正温度系数：温度升高时，击穿电压略升高。

注：5–7V稳压管可能同时存在两种击穿，温度系数最小。

稳压过程详解

1. 工作状态
   稳压管反向连接在电路中（正极接低电位，负极接高电位）。

2. 动态稳压机制：

   • 当输入电压 (V_{in}) 上升 → 电流 (I_Z) 急剧增大
     → 限流电阻 (R) 的压降 (IZ \cdot R) 增大
     → 输出电压 (V{out} = V_{in} - I_Z \cdot R) 保持稳定（接近 (V_Z)）。
   • 同理，若负载电流变化导致 (V_{out}) 下降 → (IZ) 自动减小补偿，维持 (V{out} \approx V_Z)。

   

关键参数

1. 稳压值 ((V_Z))：击穿稳定电压（如 3.3V、5.1V、12V）。
2. 工作电流范围 ((I{Zmin} \sim I{Zmax}))：
   • 低于 (I_{Zmin})：无法稳定在 (V_Z)。
   • 高于 (I_{Zmax})：可能过热烧毁。
3. 动态电阻 ((R_Z))：击穿区电压变化量与电流变化量之比，越小稳压性能越好。
4. 额定功耗 ((P_Z))：(P_Z = VZ \times I{Zmax})，决定最大允许电流。

典型应用场景

1. 并联稳压电路：基本稳压结构（如上图）。
2. 电压基准源：为精密电路提供稳定参考电压。
3. 过压保护：并联在敏感器件两端，击穿后短路触发保险丝。
4. 电平移位：利用稳定压降调整信号电平。

设计要点

1. 限流电阻 (R) 的取值：
   (R = \frac{V_{in} - V_Z}{I_Z})
   (IZ) 需满足：(I{Zmin} < IZ < I{Zmax})（通常取 (I{Zmin} \approx 0.1 I{Zmax}))。
2. 功率冗余：输入电压或负载突变时，避免瞬时功耗超过 (P_Z)。

总结

稳压二极管的本质是可控的反向导通：

反向电压 < (V_Z) → 截止（高阻态）
反向电压 ≥ (V_Z) → 击穿导通（低阻态），通过电流自调节将电压"钳位"在 (V_Z)。

这种特性使其成为电路中的"电压锚"，在电源波动或负载变化时快速稳定电压。