齐纳二极管

齐纳二极管（Zener diode）它也被称为稳压二极管，也是一种特殊用途的二极管，但由于齐纳二极管如此重要，内容更多，所以这里单独作为一个小部分。其电路符号如下图所示：

图 1-8.01

1. 特性简介
   在前面1-2节介绍反向击穿的时候，已经讲过齐纳击穿的原理，当二极管反向齐纳击穿时，电流会急剧变化，而电压几乎保持不变。如下图所示：
   
   图 1-8.02
   齐纳二极管可在不造成永久损坏的情况下在反向齐纳击穿区工作。半导体制造商通过精细控制混合浓度来设置反向击穿电压。齐纳二极管的反向击穿电压一般为1.8V_{200V额定功率从1/4不等W}50W不等。

   虽然齐纳二极管也被称为稳压二极管，但齐纳二极管的反向击穿伏安曲线并不是理想的垂直线，而是有轻微的倾斜。因此，它既不具有集成稳压器（如7805）的稳定波动抑制能力，也不能在大负载电流变化时使用。齐纳二极管只能作为低成本的稳压手段，用于小电流应用，精度要求低。其典型的稳压应用电路如下图所示：

图 1-8.03
当输入电压正常时，齐纳二极管VZ 截止日期不影响系统的正常供电。当输入电压突然过高时，齐纳二极管V Z 此时，通过齐纳二极管的电流急剧增加，增加的电流使电阻R承受更大的压降，使系统的电压稳定在齐纳电压值附近。以下二极管D用于防止输入电压反转。上图只是一个相对简单的用法。当齐纳二极管与晶体管或运输设备结合使用时，可以构建更好的稳压器。以后分析专用电路的时候再说。
2. 齐纳性能参数
当齐纳二极管正偏时，每个性能参数基本上与普通二极管相同，但在反偏时，描述参数比普通二极管多得多。以下是由摩托罗拉（飞思卡尔的前身）生产的齐纳二极管datasheet以齐纳性能参数为例。
（1） 产品特点

图 1-8.04
上图中我用红色标注了几个重点：
● 本规格涵盖从1N5333B_{1N5388B齐纳二极管数据参数的数十种，稳压范围从3个开始.3V}220V所有型号的额定功率为5W。
● 所有这个系列的齐纳二极管都能承受瞬间(8.浪涌功率为3毫秒，最大可承受功率为180W。
（2） 性能参数
所有性能参数都在规格书第2号~列出了3页的表格，这里我们只列出了第一行的1页N5333B以解释为例。

图 1-8.05
为了便于理解，我在每个参数上标记了一个序列号，我们将逐一解释每个参数的含义。在解释参数时，您还需要同时比较下图来理解每个参数的含义。

图 1-8.06
① 首先是IZM(齐纳最大电流)，这是齐纳二级管能承受的最大反偏电流当反偏电流大于此值时，齐纳二极管可能会永久损坏。
② IZT(齐纳测试电流)，T（test）意思是测试，一般厂家会选择IZM测试电流约为1/4。
③ VZ(齐纳电压)，这是最重要的指标:齐纳电压（Zener voltage）。从曲线上看，齐纳击穿区域有一定范围，但为了方便起见，制造商通常会压制齐纳电压VZ定义为测试电流IZT时间电压。根据后面的电压。Note 这个值通常有5%的误差。
④ IZK(齐纳拐点电流)，K（knee）这意味着拐点。一般认为，当K点开始进入齐纳击穿区域时，反偏电流相对较大，但K点后电流开始急剧增加。（数据规格书将IZK定为1mA）。
⑤ & ⑥ VR与IR当反偏电压小于反偏流)VR反偏电流IR会保持很小的值(微安级)。IR与IZK数量级的差异。
⑦ ZZT（在IZT时的动态电阻），规格书中把动态电阻称为齐纳阻抗（Zener impedance）。T点伏安曲线的斜率很陡，所以这个动态电阻的值比较小。我们可以我们可以看到只有3Ω。
⑧ ZZK(拐点动态电阻)，这是拐点K处的斜率，比T点温和得多，所以这里的动态电阻比较大，表格是400Ω。
⑨ ir(最大浪涌电流)，这是齐纳二极管能承受的瞬时浪涌电流，表格中的值高达20A。
⑩ ΔVZ(稳压范围)，这在后面Note 解释，为在IZM的10%处和IZM齐纳电压的差值为50%。
3. 设计案例
现在我们来看看齐纳二极管电路的选择和设计：

案例1-8-1:已知负载RL=1kΩ，vi正常供电电压为12V，RL额定工作电压要求为12V，且最低至10V它也可以工作。稳压电路的设计如下图所示。问题：（1）齐纳二极管应选择哪种类型？（2）电阻R的值应该是多少？（3）本电路可接受的电源电压vi最大波动范围是多少？
解:(1)12V稳压要求，我们检查数据手册，可选型1N5349B齐纳二极管。齐纳电流范围为： IZK=1mA，IZM=395mA。
（2）在vi齐纳二极管较小时DZ截止日期(可视为断路)电阻R会对RL因为vi=12V，且VRL最小要求为10V，则电阻R最大为：

（3）当vi升高时，VRL也会上升，当VRL大于12V齐纳二级管DZ会导通，VRL稳定在12V左右。前面我们已查手册知，1N5349B允许的最大电流IZM=395mA，此时，电阻R上的电流是DZ与RL中电流总和：

此时总电压为：

因此，该电路最大限度地接受电源电压vi上升到93.4V，输出电压稳定在12V左右。但由于齐纳阻抗的影响，输出将是12V上下略有波动。
vi最小输入电压为12V，如果再小，由于电阻R的分压作用，负载RL上部电压低于10V，系统停止工作。