電源設(shè)計應(yīng)用中的模擬齊納二極管

像典型的二極管一樣，它看起來像一個小圓柱體，兩端的兩個端子連接或焊接到電子電路上。它是一種極化組件，具有陽極（正極）和陰極（負(fù)極）。

該組件的主體上靠近陰極或負(fù)極端子印有一條帶。顯然，在電子方案中，齊納二極管必須與普通二極管不同。它的符號與二極管的符號非常相似，但為了使其多樣化，添加了兩條小線。使用的主要電子軟件是LTspice。它是一種高性能 SPICE 仿真軟件、原理圖捕獲和波形查看器，具有增強功能和模型，可簡化模擬電路的仿真。

齊納二極管

如果直接極化，則齊納二極管會導(dǎo)通，就像典型的二極管一樣。與典型的二極管不同，如果反向極化，它也會導(dǎo)通，但前提是超過電壓閾值 (Vz)。在電子電路中，超過一定電壓值使用這種傳導(dǎo)特性是反極化的。由于齊納的這一特性，僅在高于特定電壓值 Vz 時才導(dǎo)通，因此它可以用于需要執(zhí)行特定功能的所有情況。讓我們開始熟悉齊納二極管的一般操作。在圖 1，我們可以看到一個簡單的電氣方案，其中半導(dǎo)體（12 V 時的 EDZV12B）被直接極化。0 V 和 20 V 之間直流類型的模擬顯示電阻 R1 上的輸出電壓取決于電池電壓。主圖和圖 A 確認(rèn)了陰極和陽極之間的恒定電壓差約為 0.833 V（結(jié)電壓）。當(dāng)陽極上的電壓大于 0.8 V（圖 B）時，這種恒定的電壓差開始。

圖 1：直接模式下的齊納二極管仿真

在圖 2 中，我們可以看到一個簡單的電氣方案，其中半導(dǎo)體（同樣是 12 V 的 EDZV12B）被反向極化。0 V 和 20 V 之間直流類型的模擬顯示電阻 R1 上的輸出電壓取決于電池電壓。當(dāng)然，在這種模式下，普通二極管不會傳導(dǎo)電流。但是對于齊納二極管，如果反向電壓超過某個閾值（對于我們的二極管，它是 12 V），它就會開始導(dǎo)通。例如，如果電池電壓為 18 V，我們會在電阻 m 上找到 6 V (18-12) 的電壓。

圖 2：反向模式下的齊納二極管仿真

穩(wěn)壓二極管作為穩(wěn)壓器

之前的經(jīng)驗讓我們明白，如果一個反向極化的齊納二極管導(dǎo)通，它上面就有一個固定的電壓 Vz。例如，如果 12V 齊納二極管上始終存在 12V 電壓，而不管電源電壓如何，則齊納二極管可用作穩(wěn)壓器。這是齊納二極管的主要用途之一，作為固定值的穩(wěn)定器，該電壓可用于具有固定參考電壓和為固定電壓電路供電。圖 3非常有趣，展示了齊納二極管如何用作穩(wěn)壓器。它是一個 12V 電源，使用相同電壓的齊納二極管創(chuàng)建。二極管前面有一個電阻來限制電流，它的值是精確計算的。從圖中可以看出，當(dāng)電池電壓超過 12V 時，電源工作。對于較低的電池值，二極管的結(jié)差始終為 0.8V。

圖 3：作為穩(wěn)壓器的齊納二極管的一般原理圖

圖 4 中的圖表還顯示了 R1 和 D1 上的電流，根據(jù)電池輸入電壓（刻度在右側(cè)）。設(shè)計人員必須始終精確計算這些值，即使在最壞的情況下也是如此。事實上，齊納二極管是適用于低電流的小型元件。

圖 4：R1 和 D1 上的電流

結(jié)論

齊納二極管是最佳穩(wěn)定電壓的組件。不幸的是，它們不能提供高電流，但它們對于為后續(xù)功率級提供精確的電壓參考非常有用。所有電子產(chǎn)品均由精確的數(shù)學(xué)公式調(diào)節(jié)。齊納二極管條件的計算也遵循這個規(guī)則。

審核編輯：郭婷