穩(wěn)壓二極管為什么電壓不穩(wěn)？

MDD辰達(dá)半導(dǎo)體的穩(wěn)壓二極管（Zener Diode）因其在反向擊穿區(qū)具有相對(duì)穩(wěn)定的電壓特性，被廣泛應(yīng)用于電路基準(zhǔn)源、過(guò)壓保護(hù)和小電流穩(wěn)壓場(chǎng)合。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，許多工程師或初學(xué)者會(huì)發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)壓二極管在電路中的電壓并不總是像教科書(shū)里描述的那樣穩(wěn)定：有時(shí)電壓偏高，有時(shí)偏低，甚至隨負(fù)載和溫度變化而波動(dòng)。那么，造成穩(wěn)壓二極管電壓不穩(wěn)的原因究竟有哪些呢？

一、工作電流不在合適區(qū)間

穩(wěn)壓二極管并不是在任何電流下都能表現(xiàn)出理想的穩(wěn)壓特性。它需要在一定的反向電流范圍內(nèi)工作，才能進(jìn)入擊穿區(qū)并維持相對(duì)恒定的電壓。如果電路中流過(guò)的電流過(guò)小，器件可能尚未進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)，電壓會(huì)低于標(biāo)稱值；而電流過(guò)大時(shí)，雖然能夠保持擊穿，但過(guò)高的功耗會(huì)導(dǎo)致結(jié)溫上升，引起電壓漂移甚至燒毀。很多“電壓不穩(wěn)”的問(wèn)題，其根源就是限流電阻設(shè)計(jì)不當(dāng)，無(wú)法保證穩(wěn)壓二極管處在 datasheet 推薦的電流區(qū)間。

二、限流電阻計(jì)算不合理

穩(wěn)壓管需要與串聯(lián)電阻配合使用。串聯(lián)電阻的作用是分擔(dān)電源電壓與穩(wěn)壓電壓的差值，并限制流過(guò)穩(wěn)壓管的電流。如果電阻過(guò)大，電流不足，穩(wěn)壓效果差；如果電阻過(guò)小，電流過(guò)大，管子發(fā)熱嚴(yán)重，電壓也會(huì)隨溫度波動(dòng)。很多時(shí)候，設(shè)計(jì)人員只是粗略估算電阻值，沒(méi)有結(jié)合電源電壓、負(fù)載電流和穩(wěn)壓管電流裕量來(lái)精確計(jì)算，導(dǎo)致實(shí)際電路中的穩(wěn)壓點(diǎn)不穩(wěn)定。

三、負(fù)載變化的影響

穩(wěn)壓二極管本質(zhì)上是“吸收電流”的方式來(lái)維持電壓。當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流也隨之變化。如果負(fù)載電流接近電源電流總量，留給穩(wěn)壓管的電流過(guò)小，它就會(huì)退出穩(wěn)壓區(qū)，輸出電壓下降。反之，若負(fù)載電流驟減，穩(wěn)壓管電流急劇增加，電壓可能會(huì)因熱效應(yīng)而上升。因此，在負(fù)載波動(dòng)較大的應(yīng)用場(chǎng)景下，僅靠穩(wěn)壓二極管來(lái)提供穩(wěn)定電壓往往效果不佳，更適合使用三端穩(wěn)壓器或DC-DC方案。

四、溫度特性導(dǎo)致漂移

穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值并非絕對(duì)不變，而是隨溫度而變化。低壓（5V以下）的穩(wěn)壓二極管主要依賴隧穿效應(yīng)，其溫度系數(shù)為負(fù)，即溫度升高時(shí)電壓下降；高壓（5V以上）的穩(wěn)壓二極管主要依賴雪崩效應(yīng)，溫度系數(shù)為正，即溫度升高時(shí)電壓上升。實(shí)際應(yīng)用中，隨著環(huán)境溫度或器件自身發(fā)熱變化，電壓就會(huì)出現(xiàn)一定幅度的漂移。如果設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮溫度補(bǔ)償，電壓自然不穩(wěn)定。

五、測(cè)試方法不當(dāng)

很多初學(xué)者用萬(wàn)用表直接測(cè)量穩(wěn)壓二極管的電壓，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與標(biāo)稱值不符。這是因?yàn)槠胀ū砉P提供的電流極小，無(wú)法讓穩(wěn)壓管進(jìn)入擊穿穩(wěn)壓區(qū)，因此測(cè)量到的只是一個(gè)偏低的電壓值。正確的做法是，在規(guī)定的測(cè)試電流下測(cè)量穩(wěn)壓電壓，才能反映器件的真實(shí)性能。

六、應(yīng)用場(chǎng)景不匹配

穩(wěn)壓二極管更適合在小電流、基準(zhǔn)電壓或瞬態(tài)保護(hù)場(chǎng)合使用。如果把它當(dāng)作電源穩(wěn)壓器件來(lái)長(zhǎng)期供電，往往會(huì)因負(fù)載波動(dòng)、功耗過(guò)大而電壓不穩(wěn)，甚至導(dǎo)致可靠性下降。對(duì)于需要穩(wěn)定電源輸出的應(yīng)用，應(yīng)優(yōu)先考慮LDO或DC-DC穩(wěn)壓芯片，穩(wěn)壓二極管只適合做基準(zhǔn)或輔助保護(hù)。

綜上所述，MDD辰達(dá)半導(dǎo)體的穩(wěn)壓二極管電壓不穩(wěn)的原因主要包括：工作電流未進(jìn)入合理區(qū)間、限流電阻設(shè)計(jì)不合理、負(fù)載波動(dòng)影響、溫度特性漂移以及測(cè)試方法不當(dāng)。理解這些機(jī)理，合理選型與設(shè)計(jì)，才能在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮穩(wěn)壓二極管應(yīng)有的作用。需要強(qiáng)調(diào)的是，穩(wěn)壓二極管并不是萬(wàn)能穩(wěn)壓器，它的使用邊界十分明確。對(duì)于要求高精度、強(qiáng)負(fù)載能力的場(chǎng)合，應(yīng)結(jié)合其他穩(wěn)壓方案，而不是單純依賴Zener二極管。