稳压二极管
稳压二极管又叫齐纳二极管，利用pn结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。
上面都是抄的。实际使用稳压二极管的时候才发现有问题，稳压二极管并不是能够理想的将电压箝位到稳压值。例如下图所示：
前段采集到信号之后使用运放放大之后输入到单片机的ADC中去，只看输出电路：
电容C17是采样保持电容，不用管。电阻R31和稳压管D9组成稳压电路，按道理来说如果输出的电压大于3.3V的话会被稳压二极管箝位到3.3V，但是现实不是这样的，稳压二极管有自己的特性曲线，把电路中的1N4728稳压管换成BZT52C3V3来说明，参考Alldatasheet网站上的BZT52C3V3稳压管的数据手册：http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/58974/DIODES/BZT52C3V3.html。
我截取figure.2 Zener Breakdown Characteristics图如下：
我们看C3V3那条曲线，可以看出来当稳压二极管的电流为0的时候，齐纳电压为1.8V左右，也就是说当我的电路上的限流电阻R31的阻值无限大的时候通过二极管的电流近乎为0，输出电压为1.8V左右。当电阻R31的阻值很小的时候不考虑前段输出的内阻的情况下通过二极管的电流非常大，这时候输出的电压能够达到3.5V到4.0V之间。显然上诉两种情况中稳压二极管都没有很好的发挥自己的职责，按道理我需要的是一个特性曲线如下图红线的稳压二极管：
当前端输入电压小于3.3V时，稳压管的输出和前端输入保持一致，当前端输入电压大于3.3V时，稳压管输出3.3V电压。现实是没有这样理想的稳压二极管。我们只能做出妥协。
假设上面的原理图中输入电压为Uo，稳压管的电压为Ui，R31的阻值为R，通过二极管的电流为i，这时候可以得到一个公式：
i = (Uo - Ui) / R
变形等到i关于Ui的方程：
i = (-1/R) * Ui + Uo/R
这个方程在稳压管的特性曲线上绘制出来：
方程的截距为Uo/R，即短路稳压管时的电流。方程与X轴的交点为Ui=Uo。这条直线和C3V3曲线的焦点就是稳压管的工作点。但是我们的方程还没有确定，因为Uo和R的值没有定下来。我们知道前端输入的电压是有运放输出的，运放的工作电压为5V，所以运放的输出电压最大不会超过5V，这样我们假设Uo的范围在0到5V之间。
然后由于我们的单片机系统的AD部分的参考电压是3.3V，我们希望稳压管的输出电压不要超过3.3V，我们需要上面的方程和特性曲线的交点不能大于3.3V，假设正好交点就是3.3V，这时候通过稳压管的电流为5mA（稳压管数据手册提供的Test Current），当我们的方程正好通过此点的时候：
稳压管的输出电压正好是3.3V，我称这个点为参考点。若方程与曲线的交点在参考点下面的话，稳压管的输出电压小于3.3V，若方程与曲线的交点在参考点上面的话，稳压管的输出电压大于3.3V，对单片机会造成影响，甚至是烧毁。
输出电压高于3.3V是非正常的状态，正常状态下运放传过来的电压是小于等于3.3V的，并且我们需要运放的输出电压Uo和稳压管的输出电压在小于3.3V的时候是相等的Uo=Ui，当运放的输入电压小于等于3.3V的时候，方程与X轴的交点为Ui≤3.3V，这时候方程与曲线的交点永远小于参考点，因为方程不可能是竖直的，交点处的Ui小于3.3V，也就是说我们运放输出了3.3V，稳压管输出电压输出小于3.3V，这时候导致信号失真，也就是输入信号和输出信号不一致，这在AD采集系统中是绝对不允许的，因为差一点电压表示的是对应测量值的改变。
那么遇到这个问题怎么办呢？我们刚才发现了一点，特性曲线与X轴的交点不是Ui=0而是Ui=1.8V左右，这时候当我们的运放传过来的电压小于1.8V的时候Uo和Ui的值是相同的，就是说没有信号失真的发生：
可以看到方程和曲线的交点永远在X轴上，也就是Ui = Uo。但是这样做使我们的量程缩小了，从0到3.3V缩小到.倒1.8V，AD检测精度降低了，这是一种妥协，没有办法，除非不用稳压管，但是为了系统的稳定性，还是在稳定性和精度上进行一个平衡！当然了，可以选取特性曲线好一点的稳压管（更贵），这时候稳压管特性曲线与X轴的交点可能是2.0V以上了。
当然了，也可以耍耍小聪明，我们观察特性曲线可以看到3.9V稳压管的特性曲线C3V9，与X轴的交点处Ui大约为3V，当稳压管的电流约为1mA的时候Ui为3.3V左右，也就是我们可以用3.9V的稳压管来做稳压，方程图如下：
正常情况下，运放输出电压在3.3V范围内，方程与曲线的交点在X轴上，参考下面那条红线。超出3.3V的时候，为了保证方程和曲线的交点在参考点的下方，我们需要将方程的斜率降低，这样才能使得方程与曲线交点满足Ui≤3.3V，方程的斜率是（-1/R），降低斜率就是增大R值，一切变简单了，我们可以使用3.9V的稳压管，然后增大R31的阻值即可。大致我们可以发现当Ui=3.3V的时候，i为1mA左右，我们将这个点带入到方程：
1mA = -3.3/R + Uo/R
Uo取最大值5V的时候计算出来R=1700欧姆。也就是说当R大于等于1700欧姆（取2K保险起见），Uo小于等于5V的时候，方程和曲线的交点恒小于参考点。同时这时候我们的不失真电压范围为0到3V，远远大于使用3.3V稳压管时的0到1.8V。
文章最后发布于: 2018-03-15 11:46:08
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转载自：https://www.sohu.com/a/149371732_464086 说起二极管，大家无人不知无人不晓，那你知道什么是钳位二极管吗？也许就没几个人知
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