崩潰——刻意為之
在第 1 篇裡，處於逆向偏壓的二極體是那個關上的閥門：往錯的方向推電壓，幾乎沒有電流通過。但「幾乎」正是關鍵字。把逆向電壓拉得夠高，每一顆二極體最終都會讓步——在某個逆向電壓下，I-V 曲線會急遽向下彎折，電流傾洩而過。對一般的整流二極體來說，這種崩潰是你設計時要極力避免的災難。稽納二極體卻反其道而行：它被刻意做成在一個精確、偏低、可重複的逆向電壓——它的稽納電壓 Vz——下崩潰，而且只要你限制電流，它就會溫和地崩潰，不會自我毀滅。
在順向偏壓下，稽納二極體的行為和任何矽二極體一樣，帶著你稍早遇過那熟悉的約 0.7 V 順向壓降——沒有人這樣用它。有趣的那一半是逆向曲線。在 Vz 以下它像一顆好二極體般擋住電流（只有微小的漏電流）。一到 Vz，曲線就變得近乎垂直：即使電流在很寬的範圍內擺動，元件兩端的電壓也幾乎不動。那道近乎垂直的牆就是全部的訣竅——一個會奮力把自身電壓維持固定的元件，幾乎不管你送多少電流穿過它。（造成它的其實是兩種不同的物理——約 5 V 以下是量子穿隧，稱為真正的稽納崩潰；約 6 V 以上是累崩倍增——但無論哪一種，這顆元件都叫稽納，而且在限流之下都不會損毀。）
並聯式穩壓器
把那道近乎垂直的牆派上用場。讓一個雜亂、較高的電壓經過一顆串聯電阻 Rs，流進一顆接到地的稽納二極體，再從兩者之間的接點取出你的輸出。電阻把剩下的部分壓掉；稽納把輸出釘在 Vz。想像水庫上的一道洩洪堰：電阻是進水管，稽納則是一道溢流口，只要水位想爬過 Vz，它就立刻把多餘的傾洩到地。即使輸入在上方晃來晃去，輸出仍穩穩坐在 Vz。這就是並聯式穩壓器——叫「並聯」是因為負責調節的元件與負載並聯，把多餘的分流掉。
Rs Vout = Vz (held steady)
Vin >--[====]--+----------------+----> Load (draws Iload)
| |
(Zener) [Load]
Vz, reverse; |
sinks Iz |
GND >----------+----------------+---->
KCL : I_Rs = Iz + Iload
R : Rs = (Vin - Vz) / (Iz + Iload)算式不過是歐姆定律加上電流定律。電阻載著兩股電流之和——負載的，與稽納自己的——所以 I_Rs = Iz + Iload，而它兩端的電壓就是剩下的 Vin - Vz，於是 Rs = (Vin - Vz) / (Iz + Iload)。它如何穩壓，核心就在這裡：當負載突然多吃電流，留給稽納的就變少，但只要還有電流流過，稽納就仍待在它的垂直牆上，Vz 幾乎不動；當負載少吃，多出來的就轉而灌進稽納。稽納默默地把差額吞下，把輸出維持穩定——這就是它的全部工作。
決定電阻值，並尊重極限
挑 Rs 是一場最壞情況的遊戲，有兩個相反的角落要熬過。如果 Rs 太大，那麼在最糟的那天——輸入最低、負載最餓——抵達稽納的電流就少到讓它跌下牆、停止穩壓。如果 Rs 太小，那麼在另一個最糟的日子——輸入最高、完全沒有負載——全部電流就堆進稽納，它的功率消耗把它煮熟。好的設計會帶著餘裕通過這兩個角落。我們來實際走一遍。
- 定下目標並選元件。你想要大約 5 V，所以選一顆 5.1 V 的稽納（Vz = 5.1 V）。假設輸入是一個已濾波但仍帶漣波的電源，在 11 V 到 13 V 之間遊走，而負載的電流落在 0 到 20 mA 之間。
- 決定一個維持穩壓所需的最小稽納電流——從規格書讀出來，通常是幾 mA；取 Iz_min = 5 mA。
- 為最餓的角落（Vin 最低、負載最高）決定 Rs：Rs 仍必須通得過 Iload_max + Iz_min。所以 Rs <= (11 - 5.1) / (0.020 + 0.005) = 5.9 / 0.025 ≈ 236 ohm。挑一個標準的 220 ohm，舒舒服服落在極限之下。
- 檢查最殘酷的功率角落（Vin 最高、負載為零）：全部電流都灌進稽納。I = (13 - 5.1) / 220 ≈ 36 mA，所以 Pz = Vz times Iz = 5.1 times 0.036 ≈ 0.18 W。一顆常見的 0.5 W 稽納綽綽有餘。
- 別忘了電阻本身：它在 36 mA 下壓掉 (13 - 5.1) = 7.9 V，燒掉 7.9 times 0.036 ≈ 0.28 W——所以要指定一顆 0.5 W 的電阻，而不是小小的 0.25 W。
只是個粗糙的參考
那道近乎垂直的牆並非完美垂直。稽納帶有一點點斜率——它的動態電阻、或稱稽納電阻 rz，通常是數十歐姆——它就像直接長在輸出節點上的內建輸出電阻。所以輸出並沒有被螺絲鎖死在 Vz 上；它會稍微漂移。當負載電流改變 ΔI，稽納電流也跟著改變同樣的量，輸出便移動 ΔV = rz times ΔI——這就是穩壓器的負載效應透出來。而輸入端來自儲能電容的殘餘漣波也沒有被抹掉，只是被衰減：它大致按 rz / (Rs + rz) 分壓下來。在 Rs = 220 ohm、rz = 20 ohm 時，1 V 的輸入漣波縮成約 1 times 20 / 240 ≈ 83 mV——好多了，但離乾淨還很遠。
更糟的是，Vz 會隨溫度漂移。低電壓的稽納（約 5 V 以下）有負的溫度係數，高電壓的則有正的，兩者恰好在 5-6 V 附近互相抵消——這就是為什麼 5.6 V 的稽納是最耐溫的選擇。即便如此，單純的稽納仍是個粗糙的電壓參考：溫度係數每度數百 ppm、崩潰過程帶來可聽頻段的雜訊、而且 Vz 會因元件而異。當你需要一個在溫度變化下能信賴到零點幾個百分比的參考時，你會改用能隙參考源，它巧妙地把兩個溫度係數相反的電壓相加，落在接近零漂移的地方。稽納的長處不在於精準；而在於只要一顆電阻、一顆便宜的元件，就能得到一個堪用、大致正確的電壓。
從穩壓到箝位
用不同的心態操作同一顆元件，你得到的就是保護而非穩壓。在並聯式穩壓器裡，稽納一直在導通，以設定一個穩定的準位。當作一個箝位時，它在正常運作下什麼都不做，只有在電壓想超過 Vz 時才醒來——它是護欄，不是道路。把一顆稽納從訊號或電源節點接到地，並把 Vz 選在比正常工作電壓略高之處：只要一切安分，它看到的電壓低於 Vz，只抽取漏電流；一旦尖波把節點推過 Vz，稽納就咬上它的牆，把湧浪分流到地，將節點釘在 Vz 附近，救下坐在下游的脆弱晶片。
這正是過電壓保護與靜電放電保護每天在做的工作：一個專用的箝位——一顆稽納，或它更快的表親「暫態電壓抑制二極體」——橫跨在輸入端，隨時準備接住靜電的一擊或電感的踢腳。它和你下一篇會遇到的飛輪二極體是同一家族的點子，後者在線圈電流被突然切斷時箝住那道尖波。它也漸漸通向第 5 篇的交流箝位電路與截波器，在那裡是用一般的二極體——不是崩潰——把波形釘在選定的準位上重新塑形。貫穿它們全部的那條線：一顆二極體在電壓越過某條界線前都讓開，越線後就用力導通，把那條界線守住。
於是稽納用同一套物理替自己賺到兩份薪水。指向一顆電阻的下游、穩定地導通，它就是個謙卑的電壓參考與並聯式穩壓器——粗糙、浪費，卻立即好用。安靜地橫跨在某個節點上、只在緊急時導通，它就是個吸收尖波的箝位，否則那些尖波會殺掉你電路的其餘部分。把這兩張臉都記住：下一篇裡，二極體家族會再次擴張成發光二極體、飛輪二極體與訊號截波器，而同一套單向、越過門檻才動作的行為，將解釋它們全部。