齊納二極管（Zener diode）又叫穩(wěn)壓二極管，也是一種特殊用途二極管，但由于齊納二極管的是如此之重要，內(nèi)容又比較多，所以這里單獨(dú)拉出來(lái)作為一個(gè)小節(jié)講。其電路符號(hào)如下圖所示：

圖 1-8.01?

1.?? 特性簡(jiǎn)介

在前面1-2節(jié)介紹反向擊穿的時(shí)候，已經(jīng)講過(guò)齊納擊穿的原理，當(dāng)二極管反向齊納擊穿時(shí)，電流會(huì)急劇變化，而電壓幾乎保持不變。如下圖所示：

圖 1-8.02?

齊納二極管可以工作在反向齊納擊穿區(qū)域而不造成永久損壞，半導(dǎo)體制造廠商通過(guò)精細(xì)地控制摻雜濃度來(lái)設(shè)置反向擊穿電壓。一般齊納二極管的反向擊穿電壓從1.8V~200V不等，額定功率從1/4W~50W不等。

雖然齊納二極管又被稱(chēng)為“穩(wěn)壓二極管”，但是齊納二極管的反向擊穿伏安曲線(xiàn)并不是理想的垂直線(xiàn)，而是有一個(gè)輕微的傾斜，所以，它既沒(méi)有集成穩(wěn)壓器（如7805）那么平穩(wěn)的波動(dòng)抑制能力，也不能在大負(fù)載電流變化時(shí)使用。齊納二極管只能在小電流應(yīng)用且對(duì)精度要求不高的情況下，作為一種低成本的穩(wěn)壓手段使用。其典型穩(wěn)壓應(yīng)用電路如下圖所示：

圖 1-8.03?

當(dāng)輸入電壓正常時(shí)，齊納二極管VZ 截止，不影響系統(tǒng)正常供電。當(dāng)輸入電壓突然過(guò)高時(shí)，齊納二極管V Z 導(dǎo)通，此時(shí)流過(guò)齊納二極管的電流急劇增加，增加的電流使電阻R承擔(dān)更多的壓降，從而使得系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定在齊納電壓值附近。下面的二極管D是用來(lái)防止輸入電壓接反的。上圖只是比較簡(jiǎn)單的用法，當(dāng)齊納二極管和晶體管或運(yùn)放等器件組合使用時(shí)，可以構(gòu)建出比較好的穩(wěn)壓器，這個(gè)后面我們以后分析專(zhuān)用電路的時(shí)候再講。

2.?? 齊納性能參數(shù)

齊納二極管在正偏時(shí)，各性能參數(shù)基本同普通二極管，但在反偏時(shí)，比普通二極管多了很多描述參數(shù)。下面我們以摩托羅拉公司（飛思卡爾的前身）生產(chǎn)的的齊納二極管的datasheet為例，來(lái)解讀齊納性能參數(shù)。

點(diǎn)此鏈接閱讀和下載數(shù)據(jù)規(guī)格書(shū)。

（1） 產(chǎn)品特點(diǎn)

圖 1-8.04?

上圖中我用紅色標(biāo)注了幾個(gè)重點(diǎn)：

● 此規(guī)格書(shū)涵蓋了從1N5333B~1N5388B的幾十種齊納二極管的數(shù)據(jù)參數(shù)，穩(wěn)壓范圍從3.3V~220V不等，所有型號(hào)的額定功率都是5W。

● 這個(gè)系列的所有齊納二極管可以承受瞬間（8.3毫秒）的浪涌功率，其最大可承受功率達(dá)到180W。

（2） 性能參數(shù)

所有性能參數(shù)都在規(guī)格書(shū)第2~3頁(yè)的表格中予以列出，這里我們僅以第一行的1N5333B為例進(jìn)行解讀。

圖 1-8.05?

為了方便理解，我在每一個(gè)參數(shù)上都標(biāo)了一個(gè)序號(hào)，我們將以這個(gè)序號(hào)為順序，逐條解釋每個(gè)參數(shù)的含義。在解讀參數(shù)時(shí)，還需要同時(shí)對(duì)照下圖，才能理解各個(gè)參數(shù)的含義。

圖 1-8.06?

① 首先是IZM（齊納最大電流），這是齊納二級(jí)管能承受的最大反偏電流，當(dāng)反偏電流大于這個(gè)值時(shí)，齊納二極管可能會(huì)永久損壞。

② IZT（齊納測(cè)試電流），T（test）的意思是測(cè)試，一般制造廠商會(huì)選取IZM的約1/4處作為測(cè)試電流。

③ VZ（齊納電壓），這個(gè)就是最重要的指標(biāo)：齊納電壓（Zener voltage）。從曲線(xiàn)上來(lái)看，齊納擊穿區(qū)域是有一個(gè)范圍的，但制造商為方便起見(jiàn)，一般會(huì)將齊納電壓VZ定義為在測(cè)試電流IZT時(shí)的電壓。根據(jù)后面的Note 1的說(shuō)明，這個(gè)值一般會(huì)有5%的誤差。

④ IZK（齊納拐點(diǎn)電流），K（knee）的意思是拐點(diǎn)，一般認(rèn)為，從K點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)入齊納擊穿區(qū)域，其實(shí)在到達(dá)K點(diǎn)時(shí)，反偏電流已經(jīng)比較大了，只不過(guò)在K點(diǎn)后電流開(kāi)始急劇增大。（數(shù)據(jù)規(guī)格書(shū)中將IZK定為1mA）。

⑤ & ⑥ VR與IR（反偏安全電壓、反偏漏電流），當(dāng)反偏電壓小于VR時(shí)，反偏漏電流IR會(huì)維持一個(gè)很小的值（微安級(jí)）。注意IR與IZK在數(shù)量級(jí)上的差別。

⑦ ZZT（在IZT時(shí)的動(dòng)態(tài)電阻），規(guī)格書(shū)中把動(dòng)態(tài)電阻稱(chēng)為齊納阻抗（Zener impedance）。在T點(diǎn)處的伏安曲線(xiàn)的斜率非常陡峭，所以此動(dòng)態(tài)電阻的值比較小，在表格中我們可以看到僅為3Ω。

⑧ ZZK（拐點(diǎn)動(dòng)態(tài)電阻），這是在拐點(diǎn)K處的斜率，比T點(diǎn)處要平緩得多，所以此處動(dòng)態(tài)電阻比較大，表格中為400Ω。

⑨ ir（最大浪涌電流），這是齊納二極管能承受的瞬間浪涌電流，表格中的數(shù)值高達(dá)20A。

⑩ ΔVZ（穩(wěn)壓范圍），這個(gè)在后面的Note 4解釋了，為在IZM的10%處和IZM的50%處測(cè)得的2個(gè)齊納電壓的差值。

3.?? 設(shè)計(jì)案例

現(xiàn)在我們來(lái)看如何根據(jù)上面的參數(shù)來(lái)選型和設(shè)計(jì)齊納二極管電路：

案例1-8-1：已知負(fù)載RL=1kΩ，vi正常供電電壓為12V，RL的額定工作電壓要求為12V，且最低至10V時(shí)也能工作，現(xiàn)設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路如下圖所示。問(wèn)題：（1）應(yīng)該選擇什么型號(hào)的齊納二極管？（2）電阻R的取值應(yīng)為多大？（3）這個(gè)電路可接受的供電電壓vi波動(dòng)范圍最大為多少？

解：（1）對(duì)于12V的穩(wěn)壓要求，我們查數(shù)據(jù)手冊(cè)，可選型1N5349B的齊納二極管。其齊納電流范圍為： IZK=1mA，IZM=395mA。

（2）在vi較小時(shí)，齊納二極管DZ截止（可視為斷路），電阻R會(huì)對(duì)RL產(chǎn)生分壓作用，由于vi=12V，且VRL最小要求為10V，則電阻R最大為：

（3）當(dāng)vi升高時(shí)，VRL也會(huì)升高，當(dāng)VRL大于12V時(shí)，齊納二級(jí)管DZ會(huì)導(dǎo)通，以使VRL穩(wěn)定在12V左右。前面我們已查手冊(cè)知，1N5349B可允許的最大電流IZM=395mA，此時(shí)電阻R上的電流為DZ與RL中電流的總和：

此時(shí)電路的總電壓為：

因此，這個(gè)電路最大能接受供電電壓vi上升到93.4V，而輸出電壓穩(wěn)定在12V左右。但因?yàn)辇R納阻抗的影響，輸出會(huì)在12V上下略有波動(dòng)。

vi的能接受的最小輸入電壓為12V，如果再小，由于電阻R的分壓作用，負(fù)載RL上的電壓就會(huì)低于10V，而導(dǎo)致系統(tǒng)停止工作。