串聯齊納二極管會發生什么？

齊納二極管也叫做穩壓二極管，它是許多集成電路中使用的基本半導體器件。這些組件很簡單，因為它們在正向偏置時提供具有高跨導的整流行為。它們可以批量生產，用于一系列系統，也可以用作分立元件。在某些電路中，可能需要利用串聯齊納二極管的整流行為來提供一些有用的電氣行為。那么，齊納二極管的串聯排列如何影響電氣行為？

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

一、串聯齊納二極管

就像其他電路元件一樣，可以串聯多個齊納二極管。二極管的串聯排列方式有兩種。端對端排列串聯排列，陰極彼此面對，或陽極彼此面對。在這種情況下，一個齊納二極管將被正向偏置，而另一個被反向偏置。在端到端布置中，一個二極管的陰極連接到另一個二極管的陽極，因此兩者都將被正向偏置或都將被反向偏置。

串聯的端到端和背靠背電流電壓二極管

每個串聯二極管中的整流效果將決定在這種布置中電壓如何產生電流。如果查看齊納二極管電流方程，齊納二極管的整流行為會導致背靠背齊納二極管在兩個方向上發生電流飽和。換句話說，因為一個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。這不會發生在端到端排列中，其電流-電壓曲線看起來就像單個齊納二極管的典型電流-電壓曲線。下圖顯示了上述背靠背和端到端布置中的電流如何比較。

串聯齊納二極管的端到端和背靠背電流-電壓關系

因為端到端二極管中的電流和電壓特性與單個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，端到端配置中每個二極管的電壓降是相等的。對于背靠背二極管，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出現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查看兩個二極管中的電流和電壓分布。當串聯相同齊納二極管的背靠背布置連接到直流電壓源時，會發生以下情況：

（1）反向偏置二極管在飽和狀態下運行，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）因為反向偏置二極管的阻抗最高，它的電壓降最大，這限制了正向偏置二極管產生的電流（由于基爾霍夫電壓定律）。
（3）隨著施加到這對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，我們可以通過查看背靠背排列中每個二極管的飽和電流和理想因子來確定每個二極管上的電壓降。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

這很好地總結了兩個串聯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二極管中的飽和電流決定。請注意，此行為適用于串聯的所有二極管，而不僅僅是串聯的齊納二極管。串聯齊納二極管與其他一些二極管的區別在于它們在擊穿期間的擊穿電壓和反向電流，并且電流-電壓特性將類似于在擊穿期間在單個二極管中看到的那些。

三、背靠背二極管中的交流電流限制

在反向偏置的單個二極管中看到的整流行為會導致交流信號飽和，從而限??制可以發送到反向偏置電路中的電流；這是整流橋的基礎。如果使用齊納二極管的背靠背串聯排列，我們可以創建一個限流器來提供削波的交流波。

背靠背二極管中的整流效果可用于創建限幅電路。下面的示例顯示了一個具有 20 Hz 輸入正弦波的限幅器。輸出取自串聯二極管排列，并繪制在時域中，如下面的電路和圖表所示：

雙削波齊納二極管電路

總結起來就是，齊納二極管可以與包括其他齊納二極管在內的其他電路元件串聯或并聯。串聯使用齊納二極管時，電流和電壓分布將遵循基爾霍夫定律，從而推導出二極管中電壓和電流分布的特定關系。背靠背串聯齊納二極管在交流電路中具有一些有用的特性，這要歸功于它們的整流行為。

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