稳压二极管详解：原理、作用、应用与选型要点
一、稳压二极管的基本定义
稳压二极管（齐纳二极管，Zener Diode） 是一种利用反向击穿特性实现电压稳定的半导体器件。其核心特性是：在反向击穿时，两端电压几乎恒定（Vz），且不会因电流变化而显著改变。
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核心公式：
稳压电压（Vz）：二极管反向击穿时的固定电压（如5.1V、12V）。
功率损耗（P）：P = Vz × Iz（Iz为反向电流）。
二、稳压二极管的核心作用
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电压稳定：
在输入电压波动或负载变化时，维持输出电压恒定（如5V基准源）。 -
过压保护：
并联在敏感器件两端，钳制电压不超过Vz（如保护MCU的IO引脚）。 -
电压参考：
为ADC、运放等提供高精度参考电压（需低温度系数型号）。
三、稳压二极管的典型应用
电压基准电路
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设计要点：
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选择低温度系数型号（如±2mV/℃）。
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配合缓冲器（如运放）提高驱动能力。
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四、稳压二极管选型的关键参数
| 参数 | 定义与选型规则 | 公式/示例 |
|---|---|---|
| 稳压电压（Vz） | 反向击穿电压（需匹配目标稳压值） | 若需5V稳压，选Vz=5.1V的1N4733A |
| 最大功耗（Pmax） | 允许的最大功率（需≥实际功耗） | Pmax ≥ Vz × Iz_max（如500mW） |
| 动态电阻（Rz） | 反向击穿区的等效电阻（越小稳压效果越好） | Rz=5Ω（I=10mA时，ΔVz=50mV） |
| 温度系数（TC） | 电压随温度的变化率（高精度场景需低TC） | TC=±0.05%/℃ → 温度每升1℃，Vz变化0.5mV |
| 反向漏电流（Ir） | 未击穿时的微小电流（高温下可能增大） | 25℃时Ir=5μA，100℃时Ir=50μA |
五、选型注意事项
1. 限流电阻设计
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最小电流保障：确保Iz ≥ Iz_min（如5mA），防止脱离稳压区。
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最大电流限制：Iz_max ≤ Pmax / Vz（如500mW/5.1V≈98mA）。
2. 热管理
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结温计算：
Tj = Ta + (P × Rθja)
*（Ta：环境温度；Rθja：热阻，如200℃/W）*-
示例：Ta=50℃，P=0.5W → Tj=50+0.5×200=150℃（需Tj_max≥150℃）。
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3. 精度与稳定性
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高精度场景：选低TC（如BZX85C5V1，TC=±5mV/℃）。
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宽温应用：选择温度补偿型稳压管（如LM385）。
4. 封装选择
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小功率：DO-35（如1N4733A，0.5W）。
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大功率：DO-41（如1N5349B，5W）。
六、主流厂商及型号推荐
| 厂商 | 典型型号 | 关键参数 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| ON Semi | 1N4733A | Vz=5.1V，Pmax=1W，TC=±5% | 通用稳压 |
| Vishay | BZX85C5V1 | Vz=5.1V，Pmax=1.3W，TC=±2mV/℃ | 高精度基准 |
| STMicro | LM4040 | Vz=2.5V~10V，精度±0.1% | 精密参考电压 |
| Diodes Inc | DDZ9V1 | Vz=9.1V，Pmax=500mW，SOD-123封装 | 小尺寸应用 |
七、设计案例：5V稳压电源
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需求：输入电压12V±3V，负载电流10mA。
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选型：
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稳压管：1N4733A（Vz=5.1V，Pmax=1W，Iz_min=5mA）。
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限流电阻：
R = (15V - 5.1V) / (5mA + 10mA) = 9.9V / 15mA ≈ 660Ω → 选680Ω -
电阻功率：
P_R = (15V - 5.1V)² / 680Ω ≈ 0.13W → 选0.25W电阻
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验证：
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最大电流Iz_max = (15V - 5.1V) / 680Ω ≈ 14.6mA < 1W/5.1V≈196mA（安全）。
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八、常见问题与解决方案
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输出电压不稳：
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原因：Iz不足或Rz过大。
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解决：减小限流电阻或换低Rz型号。
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二极管过热：
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原因：功耗超限（如输入电压过高）。
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解决：增大限流电阻或选更高Pmax型号。
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基准电压漂移：
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原因：温度变化影响。
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解决：选温度补偿型稳压管（如LM385）。
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九、总结
稳压二极管选型需关注Vz、Pmax、Rz和TC四大核心参数：
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电压匹配：Vz需精准满足电路需求。
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功率余量：确保实际功耗≤Pmax。
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动态性能：Rz越小，负载调整率越好。
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温度影响：高精度场景需低TC型号。
设计箴言：
“稳压先选Vz，功率算清楚；
动态电阻小，温度要稳住。”
注：具体设计请参考数据手册并结合实际测试验证。