齐纳二极管的串联排列如何影响电气行为？

齐纳二极管也叫做稳压二极管，它是许多集成电路中使用的基本半导体器件。这些组件很简单，因为它们在正向偏置时提供具有高跨导的整流行为。它们可以批量生产，用于一系列系统，也可以用作分立元件。在某些电路中，可能需要利用串联齐纳二极管的整流行为来提供一些有用的电气行为。那么，齐纳二极管的串联排列如何影响电气行为？

答案取决于齐纳二极管如何串联排列——它们是端到端排列还是背靠背排列。当以这种方式串联齐纳二极管时，可以使用基尔霍夫定律和欧姆定律的一些简单应用来确定串联排列中的电压和电流分布。在这里可能会遇到串联齐纳二极管以及各种排列如何影响串联电路中的电流和电压分布。

一、串联齐纳二极管

就像其他电路元件一样，可以串联多个齐纳二极管。二极管的串联排列方式有两种。端对端排列串联排列，阴极彼此面对，或阳极彼此面对。在这种情况下，一个齐纳二极管将被正向偏置，而另一个被反向偏置。在端到端布置中，一个二极管的阴极连接到另一个二极管的阳极，因此两者都将被正向偏置或都将被反向偏置。

串联的端到端和背靠背电流电压二极管

每个串联二极管中的整流效果将决定在这种布置中电压如何产生电流。如果查看齐纳二极管电流方程，齐纳二极管的整流行为会导致背靠背齐纳二极管在两个方向上发生电流饱和。换句话说，因为一个二极管总是反向偏置，电流将被限制在饱和电流，即使在正向偏置二极管中也是如此。这不会发生在端到端排列中，其电流-电压曲线看起来就像单个齐纳二极管的典型电流-电压曲线。下图显示了上述背靠背和端到端布置中的电流如何比较。

串联齐纳二极管的端到端和背靠背电流-电压关系

因为端到端二极管中的电流和电压特性与单个二极管中的非常相似，所以我们不需要更多的研究。使用基尔霍夫电压定律和欧姆定律，可以证明，只要二极管具有相同的理想因子和饱和电流，端到端配置中每个二极管的电压降是相等的。对于背靠背二极管，情况并非如此，我们将在下面看到。

二、背靠背二极管中的电压和电流

要了解为什么这种饱和行为会出现在二极管的背靠背排列中，我们需要使用基尔霍夫定律和欧姆定律来查看两个二极管中的电流和电压分布。当串联相同齐纳二极管的背靠背布置连接到直流电压源时，会发生以下情况：

（1）反向偏置二极管在饱和状态下运行，因此它具有最高阻抗，而正向偏置二极管具有最低阻抗（由于欧姆定律）。

（2）因为反向偏置二极管的阻抗最高，它的电压降最大，这限制了正向偏置二极管产生的电流（由于基尔霍夫电压定律）。

（3）随着施加到这对二极管的电压不断增加，电路中的电流接近饱和电流（由于基尔霍夫电流定律）。

通常，我们可以通过查看背靠背排列中每个二极管的饱和电流和理想因子来确定每个二极管上的电压降。如果使用基尔霍夫电流定律，则可以确定反向偏置二极管 VB

和正向偏置二极管 VF 两端的电压降。这在以下等式中定义：

背靠背齐纳二极管中的反向偏置和正向偏置电压

这很好地总结了两个串联齐纳二极管在背靠背配置中的直流电流和电压行为：电压分布完全由正向偏置二极管的理想因子和两个二极管中的饱和电流决定。请注意，此行为适用于串联的所有二极管，而不仅仅是串联的齐纳二极管。串联齐纳二极管与其他一些二极管的区别在于它们在击穿期间的击穿电压和反向电流，并且电流-电压特性将类似于在击穿期间在单个二极管中看到的那些。

三、背靠背二极管中的交流电流限制

在反向偏置的单个二极管中看到的整流行为会导致交流信号饱和，从而限？？制可以发送到反向偏置电路中的电流；这是整流桥的基础。如果使用齐纳二极管的背靠背串联排列，我们可以创建一个限流器来提供削波的交流波。

背靠背二极管中的整流效果可用于创建限幅电路。下面的示例显示了一个具有 20 Hz

输入正弦波的限幅器。输出取自串联二极管排列，并绘制在时域中，如下面的电路和图表所示：

双削波齐纳二极管电路

总结起来就是，齐纳二极管可以与包括其他齐纳二极管在内的其他电路元件串联或并联。串联使用齐纳二极管时，电流和电压分布将遵循基尔霍夫定律，从而推导出二极管中电压和电流分布的特定关系。背靠背串联齐纳二极管在交流电路中具有一些有用的特性，这要归功于它们的整流行为。