第1步：齊納二極管基礎知識

In如果您不知道，二極管是一種特殊類型的電氣元件，它允許電流在一個方向上自由流動，但阻止它反向流動 - 在水中類比，二極管將是一個單向閥，只允許水以特定方向流動。典型的二極管在正向偏置時會產生大約0.7V的電壓降。

所有二極管都具有“反向擊穿電壓”，如果反向施加到二極管上，則會導致電流反向流過該組件，通常會破壞該組件。過程。該值通常為數百至數千伏。齊納二極管（類似于“雪崩二極管”）是一種特殊的二極管子類，如果施加的電壓高于某一水平而不損壞元件，則允許電流反向流動。當然，電壓電平和/或電流有限制，但這些是設計工程師必須考慮的因素。

一些常見的齊納二極管擊穿電壓為：1.8，3.3，5.1，7.5和12.6

步驟2：線性穩壓器概述

對于95％的小型電路，電壓調節由線性壓降調節器執行。共同的78xx系列非常受歡迎，因為“xx”代表了廣泛的調節器值。例如，7805穩壓器將輸出5V。 7812穩壓器將輸出12V。這些都是直流值。使用這些調節器時有兩個主要問題：

效率不高 - 過熱會浪費熱量。

它們需要特定的輸入電壓范圍用于操作。

有一些稱為LDO的調節器用于“低壓差”，這意味著輸入不必高于輸出。這些都很不錯，因為標準7805穩壓器的輟學電壓為2V，這意味著輸入端需要至少7V才能正常工作，但它們可能會花費更多。功率效率有點問題。例如，如果你有一個12V直流電壓調節到3.3V直流電壓，負載圖1A，功率輸入約為12W，而功率輸出為3.3W，這意味著損耗為8.7W。那只有27.5％的效率！正是由于這個原因，DC-DC開關穩壓器用于需要更大功率的應用，并且電源線噪聲（來自開關頻率）不是問題。這些設計更復雜，而且成本也更高。

除了這些問題之外，大多數穩壓器在輸入和輸出都需要一個電容器，以便正確運行電壓。使用這種類型的穩壓器的好處是，只要電源電壓保持在工作范圍內并且輸出電流超過最大值，它就應該完美地工作（無需額外考慮）。

步驟3：齊納二極管并聯穩壓器

當您知道電源電壓的水平并且負載較小時，請使用齊納二極管二極管作為穩壓器可能是一個不錯的選擇；但是，如果沒有合適的元件，這個電路可能比線性穩壓器效率低得多。由于齊納二極管在反向偏置下放置在電路中，只要電源電壓為0，就會允許電流流過它。高于二極管的擊穿電壓。串聯電阻用于燒掉過電壓。同樣，這種能量在電阻器中被浪費為熱量。這個電路效率更低的原因是，只要電源電壓高于二極管擊穿電壓，即使沒有連接負載，電流也會一直流過電阻器。

電阻值確定電流。例如，使用我們之前的12V電源和3.3V齊納二極管，8.7V將在電阻上下降。正確的電阻值將允許足夠的電流通過，以便為負載電路供電，再加上齊納二極管消耗的微小電流。如果沒有連接負載，那么二極管將消耗整個電流。因此，了解負載的最大功率要求是非常有益的?？紤]一個以20mA閃爍LED的微控制器電路。微控制器的最大電流消耗取決于其運行速度等，但可能很容易低于100uA。為了安全起見，我們需要向整個電路提供30mA的電流。

要找出必要的串聯電阻，請從電源電壓中減去輸出電壓，然后將其除以所需的電流：（12V-3.3 V）/30mA =290Ω。這里要考慮的另一件事是功耗。電阻將在30mA時下降8.7V，耗散0.261W的功率。應使用0.5W電阻。如果沒有連接負載，齊納二極管將消耗整個30mA，耗散0.099W的功率。應使用0.2W或更大的二極管。即使連接了示例負載，齊納二極管也將在LED不點亮時消耗大部分電流。這就是為什么該電路效率極低的原因。

步驟4：總結和想法

因此，要弄清楚該電路中要使用哪些部件：

確定電路所需的電壓水平。

計算電路將具有的電流要求。

計算必要的串聯電阻以提供

計算電阻和二極管的最壞情況功耗。

相應地挑選零件。

R =（V S -V DIODE ）/I TOTAL

P R = （V S -V DIODE ）* I TOTAL = I TOTAL 2 * R =（V S - V DIODE ） 2 /R

P DIODE = V DIODE * I TOTAL

我已將數據表與通用半導體的一系列齊納二極管的功率值。這些信息有點陳舊，但它提供了一個很好的例子。該表顯示了齊納器件編號，擊穿電壓，電流消耗和最大調節電流。請記住，一個安全的選擇是使用額定功率至少為其潛在功耗兩倍的器件。

實際注意事項

您可能會想，鑒于此事實，該電路可能效率很低，我們何時（以及為什么）應該使用它？答案很簡單。當負載是一個相當連續的值（不是像閃爍的LED供電那樣劇烈變化）時，可以使用該電路，并且由于元件無法處理非常大的電流，因此不會太大。它可用于為一些穩壓電壓低于電源電壓的芯片供電。然后，這些芯片可以控制通過晶體管（BJT或MOSFET）直接連接到電源的較大負載（如電機或LED）。

另一個使用此調節電路的好時機是供電電壓對于常規穩壓器來說可能太低例如，我最近為朋友設計了一個測驗游戲系統。他希望用4節AA電池來制造它。問題在于：4節充電電池可產生約4.8V（4 * 1.2V電池），而4節普通堿性AA電池則可產生6V（4 * 1.5V電池）。后者的電壓太高，如微控制器等芯片，因此需要進行調節。我真的想用5V為μC供電，所以我手邊的部件的最佳解決方案是使用齊納二極管調節電壓。

如果使用可充電電池，則4.8V電源將通過電阻器進入電路，由齊納二極管保持不變。 μC汲取的電流將確定電阻器兩端的電壓降，但該值可以忽略不計。如果使用常規電池，則齊納二極管將6V電源調節至5.1V。還有其他明顯的解決方案，但我不想訂購任何新零件，因為我手邊有一些齊納二極管和大量電阻器。最后，如果空間或成本是一個重要因素，可以使用這個電路。該設計。電阻器和齊納二極管的成本比穩壓器和幾個電容器要低很多，并且它們在電路板上占用的空間要少得多。希望這些信息能夠指出您在設計電路電源方面的正確方向！
責任編輯：wv