MDD穩(wěn)壓二極管(Zener Diode)因其在反向擊穿區(qū)呈現(xiàn)相對穩(wěn)定的電壓特性,被廣泛應(yīng)用于電子電路中。很多初學(xué)者在學(xué)習(xí)電路時(shí),往往會(huì)提出這樣的問題:既然穩(wěn)壓管能輸出一個(gè)相對恒定的電壓,是否可以直接把它當(dāng)成恒壓源來使用呢?答案是:在小電流、低功耗、低精度應(yīng)用中可以充當(dāng)簡易的恒壓源,但在嚴(yán)格意義上,它并不能替代真正的恒壓電源。下面從幾個(gè)方面分析原因。

一、穩(wěn)壓管的工作機(jī)理
穩(wěn)壓二極管要在反向擊穿區(qū)工作才能表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性。這意味著它必須通過串聯(lián)電阻來限制電流,否則會(huì)因電流過大而燒毀。在這個(gè)工作點(diǎn)上,穩(wěn)壓管的電壓會(huì)維持在接近標(biāo)稱值的范圍內(nèi)。表面上看,它確實(shí)能提供一個(gè)穩(wěn)定電壓,因此被許多人當(dāng)作“恒壓源”使用。但實(shí)際上,它的穩(wěn)壓能力受限于電流范圍、負(fù)載變化和溫度特性。


二、穩(wěn)壓范圍有限

真正的恒壓源無論負(fù)載如何變化,都能保持穩(wěn)定電壓。而穩(wěn)壓管不同,它的穩(wěn)壓效果依賴于穩(wěn)壓電流保持在一定范圍內(nèi)。
當(dāng)負(fù)載電流過大時(shí),流過穩(wěn)壓管的電流不足,它會(huì)退出擊穿區(qū),電壓明顯下降。
當(dāng)負(fù)載電流過小時(shí),穩(wěn)壓管電流過大,雖然電壓能維持,但功耗顯著增加,管子發(fā)熱,電壓也會(huì)隨溫度漂移。
因此,穩(wěn)壓管只能在一定的負(fù)載條件下表現(xiàn)出較好的穩(wěn)壓效果,不能像理想恒壓源那樣適應(yīng)廣泛的負(fù)載變化。

三、精度不足
穩(wěn)壓二極管的電壓存在一定公差,常見的為 ±5% 或 ±2%,遠(yuǎn)高于精密基準(zhǔn)源或LDO穩(wěn)壓器的精度水平。同時(shí),它的溫度系數(shù)較大:低電壓管子溫度升高電壓下降,高電壓管子則隨溫度升高而上升。這意味著在不同工作溫度下,穩(wěn)壓電壓可能會(huì)有較大漂移,難以滿足高精度要求。

四、功耗限制
穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓是通過“吸收電流”來實(shí)現(xiàn)的,剩余電流在管子上轉(zhuǎn)化為熱量。當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí),穩(wěn)壓管必須動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)自己承受的電流以維持電壓,這會(huì)造成明顯的能量浪費(fèi)。若電流較大,穩(wěn)壓管可能因功耗超標(biāo)而過熱損壞。因此,穩(wěn)壓管一般只適合小電流場合,例如幾十毫安以下。

五、適用場景與局限
在一些對精度要求不高的電路中,穩(wěn)壓管確實(shí)可以當(dāng)作簡單的恒壓源來使用。例如:
作為模擬電路或比較器的參考電壓;
在小信號電路中提供低電流的基準(zhǔn)電壓;
用作簡單的過壓保護(hù)器件。
但若是給邏輯電路、MCU 或射頻模塊供電,單靠穩(wěn)壓管就不夠了。這類應(yīng)用需要電壓穩(wěn)定、精度高、帶負(fù)載能力強(qiáng)的電源,必須使用三端穩(wěn)壓器(如78XX系列)、低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)或DC-DC轉(zhuǎn)換器。

MDD穩(wěn)壓二極管在電路設(shè)計(jì)中是一種簡單、廉價(jià)的“準(zhǔn)恒壓源”,適合在小電流、低功耗、低精度場合充當(dāng)電壓參考或輔助電源。但它不能完全取代真正的恒壓電源:在負(fù)載電流大、功耗高或要求高精度的應(yīng)用中,穩(wěn)壓管的電壓會(huì)隨負(fù)載、溫度和電流變化而波動(dòng),表現(xiàn)出明顯的局限性。工程師在使用時(shí),應(yīng)充分理解其特性,避免將其誤用為萬能的恒壓源。