齐纳二极管的特性简介及设计案例

齐纳二极管（Zener diode）又叫稳压二极管，也是一种特殊用途二极管，但由于齐纳二极管的是如此之重要，内容又比较多，所以这里单独拉出来作为一个小节讲。其威廉希尔官方网站符号如下图所示：

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

齐纳二极管可以工作在反向齐纳击穿区域而不造成永久损坏，半导体制造厂商通过精细地控制掺杂浓度来设置反向击穿电压。一般齐纳二极管的反向击穿电压从1.8V~200V不等，额定功率从1/4W~50W不等。

虽然齐纳二极管又被称为“稳压二极管”，但是齐纳二极管的反向击穿伏安曲线并不是理想的垂直线，而是有一个轻微的倾斜，所以，它既没有集成稳压器（如7805）那么平稳的波动抑制能力，也不能在大负载电流变化时使用。齐纳二极管只能在小电流应用且对精度要求不高的情况下，作为一种低成本的稳压手段使用。其典型稳压应用威廉希尔官方网站如下图所示：

图 1-8.03

当输入电压正常时，齐纳二极管VZ 截止，不影响系统正常供电。当输入电压突然过高时，齐纳二极管V Z 导通，此时流过齐纳二极管的电流急剧增加，增加的电流使电阻R承担更多的压降，从而使得系统的电压稳定在齐纳电压值附近。下面的二极管D是用来防止输入电压接反的。上图只是比较简单的用法，当齐纳二极管和晶体管或运放等器件组合使用时，可以构建出比较好的稳压器，这个后面我们以后分析专用威廉希尔官方网站的时候再讲。

2. 齐纳性能参数

齐纳二极管在正偏时，各性能参数基本同普通二极管，但在反偏时，比普通二极管多了很多描述参数。下面我们以摩托罗拉公司（飞思卡尔的前身）生产的的齐纳二极管的datasheet为例，来解读齐纳性能参数。

点此链接阅读和下载数据规格书。

（1）产品特点

图 1-8.04

上图中我用红色标注了几个重点：

● 此规格书涵盖了从1N5333B~1N5388B的几十种齐纳二极管的数据参数，稳压范围从3.3V~220V不等，所有型号的额定功率都是5W。

● 这个系列的所有齐纳二极管可以承受瞬间（8.3毫秒）的浪涌功率，其最大可承受功率达到180W。

（2）性能参数

所有性能参数都在规格书第2~3页的表格中予以列出，这里我们仅以第一行的1N5333B为例进行解读。

图 1-8.05

为了方便理解，我在每一个参数上都标了一个序号，我们将以这个序号为顺序，逐条解释每个参数的含义。在解读参数时，还需要同时对照下图，才能理解各个参数的含义。

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，当反偏电流大于这个值时，齐纳二极管可能会永久损坏。

② IZT（齐纳测试电流），T（test）的意思是测试，一般制造厂商会选取IZM的约1/4处作为测试电流。

③ VZ（齐纳电压），这个就是最重要的指标：齐纳电压（Zener voltage）。从曲线上来看，齐纳击穿区域是有一个范围的，但制造商为方便起见，一般会将齐纳电压VZ定义为在测试电流IZT时的电压。根据后面的Note 1的说明，这个值一般会有5%的误差。

④ IZK（齐纳拐点电流），K（knee）的意思是拐点，一般认为，从K点开始进入齐纳击穿区域，其实在到达K点时，反偏电流已经比较大了，只不过在K点后电流开始急剧增大。（数据规格书中将IZK定为1mA）。

⑤ & ⑥ VR与IR（反偏安全电压、反偏漏电流），当反偏电压小于VR时，反偏漏电流IR会维持一个很小的值（微安级）。注意IR与IZK在数量级上的差别。

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）。在T点处的伏安曲线的斜率非常陡峭，所以此动态电阻的值比较小，在表格中我们可以看到仅为3Ω。

⑧ ZZK（拐点动态电阻），这是在拐点K处的斜率，比T点处要平缓得多，所以此处动态电阻比较大，表格中为400Ω。

⑨ ir（最大浪涌电流），这是齐纳二极管能承受的瞬间浪涌电流，表格中的数值高达20A。

⑩ ΔVZ（稳压范围），这个在后面的Note 4解释了，为在IZM的10%处和IZM的50%处测得的2个齐纳电压的差值。

3. 设计案例

现在我们来看如何根据上面的参数来选型和设计齐纳二极管威廉希尔官方网站：

案例1-8-1：已知负载RL=1kΩ，vi正常供电电压为12V，RL的额定工作电压要求为12V，且最低至10V时也能工作，现设计稳压威廉希尔官方网站如下图所示。问题：（1）应该选择什么型号的齐纳二极管？（2）电阻R的取值应为多大？（3）这个威廉希尔官方网站可接受的供电电压vi波动范围最大为多少？