穩(wěn)壓二極管，英文名稱Zener diode，又叫齊納二極管。利用pn結(jié)反向擊穿狀態(tài)，其電流可在很大范圍內(nèi)變化而電壓基本不變的現(xiàn)象，制成的起穩(wěn)壓作用的二極管。此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件。在這臨界擊穿點上，反向電阻降低到一個很小的數(shù)值，在這個低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定，穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的，因為這種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準元件使用。穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯(lián)就可獲得更高的穩(wěn)定電壓。
齊納二極管的特性
穩(wěn)壓二極管的正向特性和普通二極管差不多。
其反向特性是在反向電壓低于反向擊穿電壓時，反向電阻很大，反向漏電流極小。但是，當反向電壓臨近反向電壓的臨界值時，反向電流驟然增大，稱為擊穿，在這一臨界擊穿點上，反向電阻驟然降至很小值。
盡管電流在很大的范圍內(nèi)變化，而二極管兩端的電壓卻基本上穩(wěn)定在擊穿電壓附近，從而實現(xiàn)了二極管的穩(wěn)壓功能。下圖為穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線
齊納二極管參數(shù)
1、Uz— 穩(wěn)定電壓
指穩(wěn)壓管通過額定電流時兩端產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓值。該值隨工作電流和溫度的不同而略有改變。由于制造工藝的差別，同一型號穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值也不完全一致。例如，2CW51型穩(wěn)壓管的Vzmin為3.0V， Vzmax則為3.6V。
2、Iz— 額定電流
指穩(wěn)壓管產(chǎn)生穩(wěn)定電壓時通過該管的電流值。低于此值時，穩(wěn)壓管雖并非不能穩(wěn)壓，但穩(wěn)壓效果會變差;高于此值時，只要不超過額定功率損耗，也是允許的，而且穩(wěn)壓性能會好一些，但要多消耗電能。
3、Rz— 動態(tài)電阻
指穩(wěn)壓管兩端電壓變化與電流變化的比值。該比值隨工作電流的不同而改變，一般是工作電流愈大，動態(tài)電阻則愈小。例如，2CW7C穩(wěn)壓管的工作電流為 5mA時，Rz為18Ω;工作電流為1OmA時，Rz為8Ω;為20mA時，Rz為2Ω ; 》 20mA則基本維持此數(shù)值。
4、Pz— 額定功耗
由芯片允許溫升決定，其數(shù)值為穩(wěn)定電壓Vz和允許最大電流Izm的乘積。例如2CW51穩(wěn)壓管的Vz為3V，Izm為20mA，則該管的Pz為60mWo
5、α---溫度系數(shù)
如果穩(wěn)壓管的溫度變化，它的穩(wěn)定電壓也會發(fā)生微小變化，溫度變化1℃所引起管子兩端電壓的相對變化量即是溫度系數(shù)（單位：﹪/℃）。一般說來穩(wěn)壓值低于6V屬于齊納擊穿，溫度系數(shù)是負的；高于6V的屬雪崩擊穿，溫度系數(shù)是正的。溫度升高時，耗盡層減小，耗盡層中，原子的價電子上升到較高的能量，較小的電場強度就可以把價電子從原子中激發(fā)出來產(chǎn)生齊納擊穿，因此它的溫度系數(shù)是負的。雪崩擊穿發(fā)生在耗盡層較寬電場強度較低時，溫度增加使晶格原子振動幅度加大，阻礙了載流子的運動。這種情況下，只有增加反向電壓，才能發(fā)生雪崩擊穿，因此雪崩擊穿的電壓溫度系數(shù)是正的。這就是為什么穩(wěn)壓值為15V的穩(wěn)壓管其穩(wěn)壓值隨溫度逐漸增大的，而穩(wěn)壓值為5V的穩(wěn)壓管其穩(wěn)壓值隨溫度逐漸減小的原因。例如2CW58穩(wěn)壓管的溫度系數(shù)是+0.07%/°C，即溫度每升高1°C，其穩(wěn)壓值將升高0.07%。
對電源要求比較高的場合，可以用兩個溫度系數(shù)相反的穩(wěn)壓管串聯(lián)起來作為補償。由于相互補償，溫度系數(shù)大大減小，可使溫度系數(shù)達到0.0005%/℃。
6、IR— 反向漏電流
指穩(wěn)壓二極管在規(guī)定的反向電壓下產(chǎn)生的漏電流。例如2CW58穩(wěn)壓管的VR=1V時，IR=O.1uA;在VR=6V時，IR=10uA。
齊納二極管的應(yīng)用
1、基準電壓源
利用穩(wěn)壓二級管DZ提供基準電壓源的電路如圖3所示 經(jīng)過全波整流和電容濾波得到直流電壓，再經(jīng)過電阻R和穩(wěn)壓二級管DZ組成的穩(wěn)壓電路，向負載RL提供一個較平穩(wěn)的直流電壓。當交流電源電壓不穩(wěn)或負載變化時，如交流電壓增加，會使輸出電壓Uo升高，負載電壓UL也增大。加在穩(wěn)壓二極管DZ兩端的電壓相應(yīng)增加，假設(shè)此時穩(wěn)壓管已處于擊穿狀態(tài)，由穩(wěn)壓二極管的伏安特性可知。穩(wěn)壓二極管的電壓稍有增加，其電流會急劇增加，流過電阻R的電流隨之增加，UZ電壓增大，使輸出電壓不能升高。從而維持了輸出電壓基本不變。這就是用穩(wěn)壓二極管作基準電源的基本原理。
2、過電壓保護電路
過壓保護電路分為過低壓保護和過高壓保護電路。某些電路和器件不允許在過低壓下較長時間工作，為此可采用如圖4所示的穩(wěn)壓二極管作過低電壓保護電路。當電源電壓US超過穩(wěn)壓管擊穿電壓時，穩(wěn)壓管DZ擊穿導通，有足夠的電流激勵繼電器，觸點J1動作給負載RL供電。一旦電源電壓過低（達不到穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓值）時，就沒有電流流過繼電器J，J1斷開負載即與電源分開。限流電阻SR的選擇原則是：SR=SU／Ij-Rj 其中Us為電源電壓，Ij為繼電器工作電流．Rj為繼電器直流電阻。
過高電壓保護電路：來自電源的浪涌電壓過高．可以采用如圖3所示的穩(wěn)壓管保護。圖5a是直流電源過電壓保護電路，圖5b是交流電源過電壓保護電路。正常狀志下，電源電壓低于穩(wěn)壓管的擊穿電壓，團穩(wěn)壓管的反向電阻很大，對電源相當于開路，穩(wěn)壓管不導通。當電源電壓過高時，穩(wěn)壓管被擊穿導通，且電流增大，電壓受到限制。
3、限幅作用
為丁防止放大器等輸出電壓超過限定值．可采用如圖6所示穩(wěn)壓管限幅電路。其輸出的電壓峰值被限制在約等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值上 該電路為運放限幅電路，DZ1和DZ2對接在反饋電路中。正常工作時輸出電壓小于穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)定電壓，這條反饋支路不起作用。但當輸入電壓達到ZdSCUUU??條件時，就有一個穩(wěn)壓管被擊穿。另一個正向?qū)?，負反饋加強，使輸出電壓限制在ZdUU?的范圍內(nèi)。ZU為穩(wěn)定電壓，
dU為正向?qū)妷骸７€(wěn)壓管用于限幅的基本電路有串聯(lián)和并聯(lián)之分。串聯(lián)限幅的輸出電壓波形是輸入電壓波形中高于穩(wěn)壓管擊穿電壓的部分，它可用來抑制干擾脈沖，以提高電路的抗干擾能力。還能做鑒幅器。并聯(lián)限幅的輸出電壓波形是輸入波形中低于穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓的部分，它可以用來整形和穩(wěn)定輸出渡形的幅值。還能將輸入的正弦波整形為方波，或是從壘波整流后的波形得到梯形波。選種梯形渡廣泛應(yīng)用于單結(jié)晶體管的可控觸發(fā)電路中做同步電源之用。
4、電平移動和放大器之間的耦合
一些直流放大器各級之間無耦臺電容或無變壓器隔離直流時，各級間的靜態(tài)工作點會相互影響。為了使其各級之間都能得到一個合適的靜態(tài)工作點，且被放大的信號損失較小，常用穩(wěn)壓管充當耦合元件。由于穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)的電阻很小，幾乎可以無衰減地傳遞信號。在數(shù)字電路中，由不同類型導電的晶體管組成的分立元件電路和不同種類的數(shù)字集成電路，它們的信號電平往往有不同的幅值和極性要求，當它們相互連接時，一般都需要加一個電平移動電路接口。
如果前級輸出電平大于后級要求的輸入電平，且極性相同，通常不用串聯(lián)或并聯(lián)限幅器；若前后級信號電平極性相反，則電平轉(zhuǎn)移電路可采用如圖5所示的形式，圖中虛線框的穩(wěn)壓管和一個電阻組成電平電路：它把信號電平從0～9.5V變成5～0V，從而可與集成電路相匹配。從圖7所示波形可以看出：通過電平穆動電路后信號波形不變，但電平移動了一個穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值。在實際電路中，常常需要運算放大器驅(qū)動TTL數(shù)字集成電路，而TTL的工作電壓為5V，多數(shù)運算放大器的輸出為?l2V，這顯然不能直接驅(qū)動?？捎脠D8所示電路使輸出的電壓信號箝制在-0.7～5V之間，則可完成驅(qū)動。
