稳压二极管,亦称为齐纳二极管,是一种由硅材料制成的面接触型晶体二极管。它是一种在反向电压达到临界值之前具有高电阻的半导体器件。稳压二极管的主要功能是稳定电压,除此之外,它在电子电路中还有多种广泛应用,包括用作稳压电源、电压基准源、钳位电路、限流保护以及过压保护等。
一、稳压二极管的核心作用
稳压二极管的作用主要体现在以下三个方面:
作为稳压器或电压基准元件 :在各种需要稳定电压的电路中,稳压二极管可以提供精确的参考电压,确保电路的稳定运行。
串联实现高电压稳定 :通过将多个稳压二极管串联,可以在较高的电压条件下使用,从而获得更高的稳定电压值,满足不同电路的需求。
保护电路中的电子元器件 :稳压二极管能够防止电路中的其他元件因高电流而损坏,起到过压保护的作用,提高整个电路的可靠性和安全性。
二、稳压二极管的工作原理
稳压二极管是一种用于稳定电压的单 P N 结二极管,其结构与整流二极管相似。当加在稳压二极管上的反向电压增加到一定数值时,大量载流子会隧穿 P N 结的位垒,形成较大的反向电流,此时电压基本保持不变,这种现象称为隧道击穿。而在反向电压较高时,位垒区内会产生大量载流子,在强电场的作用下形成大的反向电流,电压同样几乎不变,这就是雪崩击穿。因此,当反向电压接近击穿电压时,反向电流会迅速增加,而反向电压几乎保持不变,这个相对稳定的电压称为齐纳电压(隧道击穿)或雪崩电压(雪崩击穿)。
接线图如下

接线图如下

具体来说,当稳压管采用反向接法时,若反向电压低于击穿电压,反向电流非常小,动态电阻较大。通常工作电流越大,动态电阻越小,稳压性能越好。而当反向电压超过击穿电压时,流过二极管的电流会急剧增大,但其两端的电压却基本保持不变,正是利用这一特性来实现稳压功能。
三、稳压二极管的应用场景
作为过压保护器件 :稳压二极管可以在准确的电压下击穿,因此可作为限制或保护元件使用。由于可以获取各种电压的稳压二极管,因此这种应用特别适合不同电路的保护需求。例如,在图中所示电路中,稳压二极管 D 用作过压保护器件。一旦电源电压 V S 超过二极管的稳压值,D 就会导通,使继电器 J 吸合,从而将负载 R L 与电源分离,保护负载免受过压损坏。


构建稳压电源 :在稳压电源电路中,稳压二极管与限流电阻等元件配合,可以为电子设备提供稳定的直流电压,确保设备的正常运行。
用作电压基准源 :在需要精确电压基准的电路中,如测量仪器、数据转换电路等,稳压二极管可以提供稳定的基准电压,提高测量和转换的准确性。
钳位电路中的应用 :在钳位电路中,稳压二极管可以将信号电压限制在一定范围内,防止信号幅度过大而损坏后续电路或影响信号处理的准确性。
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