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稳压二极管是一个糟糕的调节器
稳压二极管通常用于产生一个参考电压。在教程甚至大学课本中，都提到了要创建基于齐纳二极管的稳压器。这个想法是稳压二极管保持一个已知的电压降。这篇文章介绍了齐纳二极管的概况，并展示了当我试图使用“齐纳二极管稳压器”为微控制器供电时发生的情况。
稳压二极管概述
如果您不熟悉稳压二极管，那么这里简要概述一下。与典型二极管一样，稳压二极管的正向电压也很低，通常电压约为0.7。但是，不同的材料组可以提供不同的正向电压。
与通用二极管一样，也存在反向击穿电压。如果你看一下像1n4001这样的大型二极管，你会发现击穿电压从50伏开始。
1n4001反向击穿电压
稳压二极管是独特的，因为它们的反向击穿电压相对较低。例如，下图中有一些3.3，5.0，9.1和12伏特的稳压二极管。（很有意思的数字，不是吗？）
稳压二极管示例图
该曲线表明，在正向电压之上且反向电压“低于”，二极管导通。我在下面加上引号，因为它暗示了一个负电位。这个评论并不意味着你需要一个负电压供应，只是二极管是反向偏置的。也称为转身。
稳压二极管特性曲线
稳压二极管稳压器
如上所述，稳压二极管的原理是二极管在反向偏置时会降低稳定电压。而且，像我之前提到的3.3和5.0这样的值，它听起来似乎是一个不错的选择，不是吗？
BZX79C3v3亮点
我们使用BZX79C3V3作为稳压二极管示例。请注意，在特性表中，反向电压为3.3伏特，为5.0毫安。
我们的想法是你选择一个电阻值，甚至可能是一个精确值，以产生足够的电流，使稳压二极管在5.0毫安时反向偏压。
然而，这个基本电路存在一个问题。流过负载的电流也必须流过电阻器。根据欧姆定律，电阻器的电压降会随其电流的变化而变化。
使用稳压二极管稳压器为ESP8266供电
稳压二极管电路图
使用上述电路，我尝试用5.0伏电源为ESP8266供电。在构建这个电路之前，我测量了当用3.3伏电源供电时ESP8266的电流消耗为60毫安。
使用3.3伏齐纳电阻，串联电阻降至1.7伏。负载为60毫安，齐纳为5毫安，欧姆定律告诉我们需要28Ω电阻。我最接近的值是22欧姆。
欧姆定律计算公式
当我连接电路时，ESP8266上什么也没发生。VOUT节点的电压约为0.9伏。更糟糕的是，无论我如何设置源电压，VOUT节点都保持在0.9伏特。
凭直觉，我将电阻值降低了大约10欧姆。
当我用万用表测量时，我看到分压器只有1.8伏。然而，ESP8266仍在运行。重置ESP8266后，我看到2.5伏。并且根据我左脚或右脚的重量，在这两者之间的任何值。
万用表1.8V
那么这里到底发生了什么？好吧，首先，感谢您继续阅读！
您不能将微控制器，特别是片上系统（SOC）视为恒定负载。
当我按住RESET按钮时，Vout节点会跳到干净的3.4伏特。此时，芯片中的大多数有源电路都被关闭。
由于ESP8266是高阻抗负载，因此该电路中的几乎所有电流都流过串联电阻和ESP8266。电流量惊人，接近200 mA。你可能以为只有60mA，这真是令人咋舌。
更多齐纳稳压器问题
整个测试是为了说明为什么稳压二极管是一个糟糕的调节器。电压降过大地取决于流过结的电流。这意味着“调节器电路”取决于恒定负载。任何有源器件都会导致VOUT节点不稳定。
那么齐纳稳压器电路有什么用呢？好吧，它不是监管机构。相反，它仅是一个参考。
例如，你可以在Arduino的AREF上使用类似的电路。假设您使用的模拟传感器最多只能输出3伏电压。使用稳压基准可以为A / D提供更高的分辨率。
您可以使用稳压电路作为运算放大器的参考。该电路与线性稳压器的工作方式并无太大差别。
这里的教训是，如果您想使用稳压二极管稳压器电路，您需要重新考虑您的设计。在一些非常罕见或极端情况下，它会工作得很好。
