第1步：齊納二極管基礎(chǔ)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(chǎn)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(dǎo)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(shù)百至數(shù)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(dāng)然，電壓電平和/或電流有限制，但這些是設(shè)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(wěn)壓器概述

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

效率不高 - 過熱會浪費(fèi)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(diào)節(jié)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(biāo)準(zhǔn)7805穩(wěn)壓器的輟學(xué)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(fèi)更多。功率效率有點(diǎn)問題。例如，如果你有一個12V直流電壓調(diào)節(jié)到3.3V直流電壓，負(fù)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(guān)穩(wěn)壓器用于需要更大功率的應(yīng)用，并且電源線噪聲（來自開關(guān)頻率）不是問題。這些設(shè)計更復(fù)雜，而且成本也更高。

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

步驟3：齊納二極管并聯(lián)穩(wěn)壓器

當(dāng)您知道電源電壓的水平并且負(fù)載較小時，請使用齊納二極管二極管作為穩(wěn)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(wěn)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(lián)電阻用于燒掉過電壓。同樣，這種能量在電阻器中被浪費(fèi)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(fù)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(fù)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(fù)載，那么二極管將消耗整個電流。因此，了解負(fù)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(yùn)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(lián)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(yīng)使用0.5W電阻。如果沒有連接負(fù)載，齊納二極管將消耗整個30mA，耗散0.099W的功率。應(yīng)使用0.2W或更大的二極管。即使連接了示例負(fù)載，齊納二極管也將在LED不點(diǎn)亮?xí)r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(jié)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(lián)電阻以提供

計算電阻和二極管的最壞情況功耗。

相應(yīng)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(shù)據(jù)表與通用半導(dǎo)體的一系列齊納二極管的功率值。這些信息有點(diǎn)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(diào)節(jié)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(yīng)該使用它？答案很簡單。當(dāng)負(fù)載是一個相當(dāng)連續(xù)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(wěn)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(fù)載（如電機(jī)或LED）。

另一個使用此調(diào)節(jié)電路的好時機(jī)是供電電壓對于常規(guī)穩(wěn)壓器來說可能太低例如，我最近為朋友設(shè)計了一個測驗游戲系統(tǒng)。他希望用4節(jié)AA電池來制造它。問題在于：4節(jié)充電電池可產(chǎn)生約4.8V（4 * 1.2V電池），而4節(jié)普通堿性AA電池則可產(chǎn)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(jìn)行調(diào)節(jié)。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(diào)節(jié)電壓。

如果使用可充電電池，則4.8V電源將通過電阻器進(jìn)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(guī)電池，則齊納二極管將6V電源調(diào)節(jié)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(shè)計。電阻器和齊納二極管的成本比穩(wěn)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(shè)計電路電源方面的正確方向！
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