介绍
二极管通常被认为是一种允许电流在一个方向上流动（正向偏置）并在反向偏置中使用时为电流提供阻力的器件。另一方面，齐纳二极管（以首先解释其工作原理的美国科学家C.齐纳命名），不仅在正向偏置中使用时允许电流通过，而且在反向偏置中使用时也允许电流通过到目前为止，施加的电压高于击穿电压，即所谓的齐纳击穿电压。换句话说，击穿电压是齐纳二极管开始反向导通的电压。
齐纳二极管的工作原理：
在普通二极管中，如果施加高于击穿二极管的电压，则击穿电压会很高，并且二极管会完全损坏；但是在齐纳二极管中，击穿电压不会很高，并且如果导通，则不会导致稳压二极管的永久损坏施加电压。
随着施加到齐纳二极管的反向电压增加到指定的击穿电压（Vz），电流开始流过二极管，该电流称为齐纳电流，此过程称为 雪崩击穿 。电流增加到最大并稳定下来。该电流在所施加的电压范围内保持恒定，并允许齐纳二极管承受更高的电压而不会损坏。该电流由串联电阻确定。
考虑下面的正常二极管的图像。
为了显示齐纳二极管的工作原理，请考虑以下两个实验（A和B）。
在实验A中，如图所示，以反向偏置连接了12V齐纳二极管，可以看出，齐纳二极管有效地阻止了电压，因为它小于/等于特定齐纳二极管和灯的击穿电压。保持距离。
在实验B中，由于所施加的电压大于其击穿电压，因此使用的6v齐纳二极管在反向偏置下导通（灯泡点亮），因此表明击穿区域是齐纳二极管的工作区域。
齐纳二极管的电流-电压特性曲线如下所示。
从该图可以推断出，以反向偏置模式工作的齐纳二极管将具有相当恒定的电压，而与所提供的电流量无关。
齐纳二极管的应用：
齐纳二极管在电子电路的三个主要应用中使用：
1.电压调节
2.波形削波器
3.电压转换器
1.稳压二极管作为稳压器
可以说，这是齐纳二极管的最常见应用。
齐纳二极管的这种应用在很大程度上取决于齐纳二极管保持恒定电压的能力，而与电源或负载电流的变化无关。调压装置的一般功能是向并联连接的负载提供恒定的输出电压，而与负载汲取的能量（负载电流）的变化或电源电压的变化和不稳定无关。
如果电流保持在最大和最小反向电流范围内，则齐纳二极管将提供恒定电压。
下面显示了将齐纳二极管用作稳压器的电路图。
电阻R1与齐纳二极管串联，以限制流过二极管的电流 ，如图所示，输入电压Vin（必须大于齐纳电压）跨接，输出电压Vout在Vout = Vz（齐纳电压）的齐纳二极管上截取。由于齐纳二极管的反向偏置特性是调节电压所必需的，因此它以反向偏置模式连接，阴极连接至电路的正轨。
选择电阻器R1的值时必须小心，因为较小的电阻器将在连接负载时导致较大的二极管电流，这将增加二极管的功耗要求，该功耗可能会超过最大额定功率。齐纳并可能损坏它。
可以使用以下公式确定要使用的电阻值。
R 1 =（V in – V Z）/ I Z其中；R1是串联电阻的值。Vin是输入电压。与Vout相同的Vz是齐纳电压，Iz是齐纳电流。
通过使用该公式，可以轻松地确保所选电阻的阻值不会导致电流流过齐纳二极管所能承受的范围。
基于齐纳二极管的稳压器电路遇到的一个小问题是，齐纳有时会在尝试调节输入电压时在电源轨上产生电噪声。尽管这对于大多数应用而言可能不是问题，但可以通过在二极管两端增加一个大值去耦电容器来解决此问题。这有助于稳定齐纳二极管的输出。
2.齐纳二极管作为波形削波器
普通二极管的用途之一是在削波和钳位电路中，这些电路用于对输入AC波形或信号进行整形或修改，根据削波器或钳位器的规格产生不同形状的输出信号。
限幅器电路通常是用于在不改变输入信号或波形的任何其他部分的情况下防止电路的输出信号超过预定电压值的电路。
这些电路与钳位器一起广泛用于模拟电视和FM广播发射机中，以消除干扰（钳位电路）并通过削波来限制噪声峰。
由于当施加的电压不等于击穿电压时，齐纳二极管通常表现出与普通二极管相同的性能，因此它们也用于削波电路。
削波电路可以设计成在正，负或两个区域中削波信号。尽管二极管自然会在0.7V的电压下削除另一个区域，而不管它是设计为正削波器还是负削波器。
例如，考虑下面的电路。
削波电路设计为将输出信号削波至6.2v，因此使用了6.2v齐纳二极管。齐纳二极管可防止输出信号超过齐纳电压，而与输入波形无关。对于此特定示例，使用20v输入电压，正摆幅上的输出电压为6.2v，与齐纳二极管的电压一致。然而，在交流电压的负摆幅期间，齐纳二极管的行为与普通二极管相同，并将输出电压限制在0.7V，与普通硅二极管一致。
为了以这样的方式实现用于AC电路的负摆幅和正摆幅的限幅电路，使得电压在正摆幅和负摆幅上被钳位在不同的水平，使用了双齐纳限幅电路。双齐纳限幅电路的电路图如下所示。
在上面的限幅电路中，电压Vz2表示交流电源的负摆幅上的电压，希望在该电压上对输出信号进行限幅，而电压Vz1代表交流电源的正摆幅上的电压，在该电压上输出电压希望被修剪。
3.齐纳二极管作为移压器
电压转换器是齐纳二极管最简单但有趣的应用之一。如果您特别具有将3.3v传感器连接到5V MCU的经验，并且亲眼目睹了读数等方面的错误，那么这可能会导致这些错误，您将了解电压转换器的重要性。电压转换器有助于将信号从一种电压转换为另一种电压，并且齐纳二极管能够在击穿区域中保持稳定的输出电压，这使其成为工作的理想组件。
在基于齐纳二极管的电压转换器中，该电路将输出电压降低一个等于所使用的特定齐纳二极管的击穿电压的值。电压转换器的电路图如下所示。
考虑下面的实验，
该电路描述了基于3.3v齐纳二极管的电压转换器。通过从输入电压（7V）中减去齐纳二极管的击穿电压（3.3V），可以得出电路的输出电压（3.72V）。
Vout = Vin –Vz
Vout = 7 – 3.3 = 3.7v
如前所述，移压器在现代电子电路设计中有多种应用，因为设计工程师可能在设计过程中有时需要使用多达三个不同的电压电平。
齐纳二极管的类型：
齐纳二极管根据以下几个参数进行分类：
- 标称电压
- 功耗
- 正向驱动电流
- 正向电压
- 包装类型
- 最大反向电流
标称电压
齐纳二极管的标称工作电压也称为齐纳二极管的击穿电压，这取决于要使用的二极管的应用，这通常是选择齐纳二极管的最重要标准。
功耗
这代表了齐纳电流可以消耗的最大功率。超过此额定功率会导致齐纳二极管的温度过度升高，这可能会损坏齐纳二极管并导致电路中与其相连的物体发生故障。因此，在考虑使用时选择二极管时应考虑该因素。
最大齐纳电流
这是在齐纳电压下可通过齐纳二极管而不会损坏器件的最大电流。
最小齐纳电流
这是指齐纳二极管在击穿区域开始工作所需的最小电流。
在决定该特殊设计所需的齐纳二极管的类型之前，必须充分考虑用作二极管规格的其他参数。
结论：
关于齐纳二极管，请牢记以下5点。
- 齐纳二极管就像普通的二极管一样，只是它已经被掺杂以具有尖锐的击穿电压。
- 齐纳二极管可保持稳定的输出电压，而与输入电压无关，只要不超过最大齐纳电流即可。
- 以正向偏置连接时，齐纳二极管的行为与普通的有机硅二极管完全相同。它以与常规二极管相同的0.7v压降导通。
- 齐纳二极管的默认工作状态为击穿区域（反向偏置）。这意味着当施加的电压高于反向偏置的齐纳电压时，它实际上开始工作。
- 齐纳二极管主要用于电压调节，削波电路和电压转换器等应用中。