Author: Jackie Long
穩壓二極管（zener diode），也稱齊納二極管，與普通二極管不同的是，穩壓二極管工作在反向擊穿狀態時，它的工作電流在很大範圍內變化而其兩端的電壓基本不變。
它的原理圖符號有如下圖所示的兩種：
標稱穩定電壓VZ（Nominal Zener Voltage）是穩壓二極管最重要參數，也是工程師在選型時首要的參數。
穩壓二極管的典型應用電路如下圖所示：
它的主要作用是從較高輸入電壓Vi中獲取的較低輸出電壓Vo，這裡我們並沒有這樣描述：從較高的不穩定的輸入電壓Vi中獲取較低的穩定輸出電壓Vo。穩壓二極管雖然有一定的穩壓功能，但這種穩壓能力在精度要求較高的場合並不適用，在大多數實際應用電路中，穩壓二極管更多的是為了獲取一個對精度要求不高的電壓值（精度要求高的可選擇電壓基準芯片，可參考相關文章），
下圖為穩壓二極管應用於場效應管驅動時的示意圖：
N溝通道場效應管的柵源開啟電壓VGS是有最大限制值的，比如±20V，超過此值則場效應管可能會損環，通常在此類開關控制電路中，VGS值設置為 10V左右，如果電路系統中只有36V較高的電壓（其它為5V之類的低壓），這個電壓不可以直接作為VGS電壓，當然，可以採用諸如低壓差線性調整芯片（LDO）從36V中降壓獲取此電壓，但是大多數情況下，我們只需要如圖所示穩壓二極管即可，成本低，電路簡單，而且這種應用對穩壓精度要求並不高。
當輸入電源電壓Vi比穩壓二極管的穩定電壓VZ低時，穩壓二極管沒有擊穿而處於反向截止區，此時電路迴路中只有比較小的反向漏電電流IR（reverse leakage current），這種工作狀態不是穩壓二極管的正常工作狀態，因為輸出電壓Vo是隨輸入電壓Vi變化的，沒有達到輸出穩定電壓的目的，如下圖所示：
當輸入電源電壓Vi比穩壓二極管穩定電壓ZT高時，穩壓二極管被反向電壓擊穿，此時迴路電流急劇增加，如下圖所示：
此時的輸出電壓Vo就是穩壓二極管的標稱穩定電壓，也就是我們所需要的電壓值，迴路中的電流就是穩壓二極管的工作電流IZ（zener current），此值由下式可得：
其中，電阻R就是穩壓二極管的限流電阻。能夠使穩壓二極管進入穩壓狀態的最小電流IZ也叫膝點/拐點電流IZK（knee point current），因此，電阻R值不應該太大，那麼這個電阻的最小值應該是多少才合適呢？我們繼續往下看：
當輸入電源電壓Vi時繼續增加時，穩壓二極管的穩定電壓VZ（也就是輸出電壓Vo）會有一定的變化，但沒有輸入電壓Vi變化那麼大，因為穩壓二極管處於反向擊穿穩壓狀態，此時輸入電壓Vi與輸出電壓Vo的差值都施加到電阻R兩端，繼而引起迴路電流上升。
穩壓二極管本身沒有最高反向電壓的參數，但是它會有一定的功耗，如下式：
也就是穩壓二極管的穩定電壓VZ與流過穩壓二極管中的電流IZ的乘積，對於具體的穩壓二極管，其穩定電壓VZ是額定的，因此功耗也可以由最大的功耗也可由最大工作電流IZM（Maximum zener current）來表示，很多數據手冊中也是給出這個值。
當迴路電流IZ超過穩壓二極管的最大工作電流IZM時（也就是超過二極管最高允許耗散功率），穩壓二極管會因為過熱而損壞，此時的輸出電壓Vo就是輸入電壓Vi，也就是不再有穩壓能力了，如下圖所示：
因此，我們在設置電阻R的最小值時，應控制穩壓二極管的工作電流在IZM之內。
這種特性我們也可以從穩壓二極管的伏安V-I特性曲線看出，如下圖所示：
穩壓二極管有一定的電阻，通常稱為動態電阻RZ（zener resistance）或動態阻抗ZZ（zener impedance），它是指穩壓管兩端電壓變化與電流變化的比值，可由下式所得：
動態電阻RZ隨穩壓二極管的工作電流IZ不同而不同，通常工作電IZ流越大（即分母越大），則動態電阻則RZ越小，這個值自然是越小越好。
我們可以把穩壓二極管等效一個理想的電壓源VZ與一個動態電阻RZ串聯，如下圖所示：
因此，典型應用電路也可以修改如下所示：
當迴路中的電流IZ上升時，動態電阻RZ兩端的壓降（IZ×RZ）亦會上升，則輸出電壓Vo也會上升，動態電阻RZ越小則輸出電壓Vo變化越小，也就是說穩壓能力更佳。
穩壓二極管還有一個參數：溫度係數TC（temperature coefficient），它是衡量在電路參數不變的條件下，穩壓二極管的溫度變化引起的穩定電壓的變化量，亦即溫度變化1 oC所引起穩壓二極管兩端電壓的相對變化量，如下式：
它的單位是每攝氏度百分數（%/oC）。一般說來，穩定電壓ZT小於5V屬於齊納擊穿，其溫度係數是負的；穩定電壓ZT大於5V的屬於雪崩擊穿，其溫度係數是正的。因此，理論上我們也可以用兩個溫度係數相反的穩壓二極管串聯，從而獲得溫度係數更好的穩壓特性，如下圖所示：
正溫度係數的穩壓二極管也可以作為集成芯片過溫保護使用，關於此應用可參考文章《串聯型穩壓電路》
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