齊納二極管也叫做穩(wěn)壓二極管，它是許多集成電路中使用的基本半導(dǎo)體器件。這些組件很簡(jiǎn)單，因?yàn)樗鼈冊(cè)谡蚱脮r(shí)提供具有高跨導(dǎo)的整流行為。它們可以批量生產(chǎn)，用于一系列系統(tǒng)，也可以用作分立元件。在某些電路中，可能需要利用串聯(lián)齊納二極管的整流行為來(lái)提供一些有用的電氣行為。那么，齊納二極管的串聯(lián)排列如何影響電氣行為？

答案取決于齊納二極管如何串聯(lián)排列——它們是端到端排列還是背靠背排列。當(dāng)以這種方式串聯(lián)齊納二極管時(shí)，可以使用基爾霍夫定律和歐姆定律的一些簡(jiǎn)單應(yīng)用來(lái)確定串聯(lián)排列中的電壓和電流分布。在這里可能會(huì)遇到串聯(lián)齊納二極管以及各種排列如何影響串聯(lián)電路中的電流和電壓分布。

一、串聯(lián)齊納二極管

就像其他電路元件一樣，可以串聯(lián)多個(gè)齊納二極管。二極管的串聯(lián)排列方式有兩種。端對(duì)端排列串聯(lián)排列，陰極彼此面對(duì)，或陽(yáng)極彼此面對(duì)。在這種情況下，一個(gè)齊納二極管將被正向偏置，而另一個(gè)被反向偏置。在端到端布置中，一個(gè)二極管的陰極連接到另一個(gè)二極管的陽(yáng)極，因此兩者都將被正向偏置或都將被反向偏置。

串聯(lián)的端到端和背靠背電流電壓二極管

每個(gè)串聯(lián)二極管中的整流效果將決定在這種布置中電壓如何產(chǎn)生電流。如果查看齊納二極管電流方程，齊納二極管的整流行為會(huì)導(dǎo)致背靠背齊納二極管在兩個(gè)方向上發(fā)生電流飽和。換句話(huà)說(shuō)，因?yàn)橐粋€(gè)二極管總是反向偏置，電流將被限制在飽和電流，即使在正向偏置二極管中也是如此。這不會(huì)發(fā)生在端到端排列中，其電流-電壓曲線(xiàn)看起來(lái)就像單個(gè)齊納二極管的典型電流-電壓曲線(xiàn)。下圖顯示了上述背靠背和端到端布置中的電流如何比較。

串聯(lián)齊納二極管的端到端和背靠背電流-電壓關(guān)系

因?yàn)槎说蕉硕O管中的電流和電壓特性與單個(gè)二極管中的非常相似，所以我們不需要更多的研究。使用基爾霍夫電壓定律和歐姆定律，可以證明，只要二極管具有相同的理想因子和飽和電流，端到端配置中每個(gè)二極管的電壓降是相等的。對(duì)于背靠背二極管，情況并非如此，我們將在下面看到。

二、背靠背二極管中的電壓和電流

要了解為什么這種飽和行為會(huì)出現(xiàn)在二極管的背靠背排列中，我們需要使用基爾霍夫定律和歐姆定律來(lái)查看兩個(gè)二極管中的電流和電壓分布。當(dāng)串聯(lián)相同齊納二極管的背靠背布置連接到直流電壓源時(shí)，會(huì)發(fā)生以下情況：

（1）反向偏置二極管在飽和狀態(tài)下運(yùn)行，因此它具有最高阻抗，而正向偏置二極管具有最低阻抗（由于歐姆定律）。
（2）因?yàn)榉聪蚱枚O管的阻抗最高，它的電壓降最大，這限制了正向偏置二極管產(chǎn)生的電流（由于基爾霍夫電壓定律）。
（3）隨著施加到這對(duì)二極管的電壓不斷增加，電路中的電流接近飽和電流（由于基爾霍夫電流定律）。

通常，我們可以通過(guò)查看背靠背排列中每個(gè)二極管的飽和電流和理想因子來(lái)確定每個(gè)二極管上的電壓降。如果使用基爾霍夫電流定律，則可以確定反向偏置二極管 VB 和正向偏置二極管 VF 兩端的電壓降。這在以下等式中定義：

背靠背齊納二極管中的反向偏置和正向偏置電壓

這很好地總結(jié)了兩個(gè)串聯(lián)齊納二極管在背靠背配置中的直流電流和電壓行為：電壓分布完全由正向偏置二極管的理想因子和兩個(gè)二極管中的飽和電流決定。請(qǐng)注意，此行為適用于串聯(lián)的所有二極管，而不僅僅是串聯(lián)的齊納二極管。串聯(lián)齊納二極管與其他一些二極管的區(qū)別在于它們?cè)趽舸┢陂g的擊穿電壓和反向電流，并且電流-電壓特性將類(lèi)似于在擊穿期間在單個(gè)二極管中看到的那些。

三、背靠背二極管中的交流電流限制

在反向偏置的單個(gè)二極管中看到的整流行為會(huì)導(dǎo)致交流信號(hào)飽和，從而限??制可以發(fā)送到反向偏置電路中的電流；這是整流橋的基礎(chǔ)。如果使用齊納二極管的背靠背串聯(lián)排列，我們可以創(chuàng)建一個(gè)限流器來(lái)提供削波的交流波。

背靠背二極管中的整流效果可用于創(chuàng)建限幅電路。下面的示例顯示了一個(gè)具有 20 Hz 輸入正弦波的限幅器。輸出取自串聯(lián)二極管排列，并繪制在時(shí)域中，如下面的電路和圖表所示：

雙削波齊納二極管電路

總結(jié)起來(lái)就是，齊納二極管可以與包括其他齊納二極管在內(nèi)的其他電路元件串聯(lián)或并聯(lián)。串聯(lián)使用齊納二極管時(shí)，電流和電壓分布將遵循基爾霍夫定律，從而推導(dǎo)出二極管中電壓和電流分布的特定關(guān)系。背靠背串聯(lián)齊納二極管在交流電路中具有一些有用的特性，這要?dú)w功于它們的整流行為。

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