稳压二极管的工作原理、特性及电路图应用

要理解稳压二极管的工作原理，只要了解二极管的反向特性就行了。所有的晶体二极管,其基本特性是单向导通。就是说，正向加压导通，反向加压不通。这里有个条件就是反向加压不超过管子的反向耐压值。那么超过耐压值后是什么结果呢?一个简单的答案就是管子烧毁。但这不是全部答案。试验发现，只要限制反向电流值(例如，在管子与电源之间串联一个电阻)，管子虽然被击穿却不会烧毁。而且还发现，管子反向击穿后，电流从大往小变，电压只有很微小的下降，一直降到某个电流值后电压才随电流的下降急剧下降。正是利用了这个特性人们才造出了稳压二极管。使用稳压二极管的关键是设计好它的电流值。

稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。 这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。

一.稳压二极管原理及特性

一般三极管都是正向导通，反向截止;加在二极管上的反向电压、如果超过二极管的承受能力，二极管就要击穿损毁。但是有一种二极管，它的正向特性与普通二极管相同，而反向特性却比较特殊：当反向电压加到一定程度时，虽然管子呈现击穿状态，通过较大电流，却不损毁，并且这种现象的重复性很好;反过来着，只要管子处在击穿状态，尽管流过管子的电在变化很大，而管子两端的电压却变化极小起到稳压作用。这种特殊的二极管叫稳压管。

稳压管的型号有2CW、2DW 等系列，它的电路符号如图5-17所示。

稳压管的稳压特性，可用图5一18所示伏安特性曲线很清楚地表示出来。

稳压管是利用反向击多区的稳压特性进行工作的，因此、稳压管在电路中要反向连接。稳压管的反向击穿电压称为稳定电压、不同类型稳压管的稳定电压也不一样，某一型号的稳压管的稳压值固定在口定范围。例如：2CW11的稳压值是3.2伏到4.5伏，其中某一只管子的稳压值可能是3.5伏，另一只管子则可能是4，2伏。

在实际应用中，如果选择不到稳压值符合需要的稳压管，可以选用稳压值较低的稳压管，然后串联一办或几只硅二极管“枕垫”，把稳定电压提高到所需数值。这是利用硅二极管的正向压降为0.6～0.7伏的特点来进行稳压的。因此，二极管在电路中必须正向连接，这是与稳压管不同的。

稳压管稳压性能的好坏，可以用它的动态电阻r来表示：

显然，对于同样的电流变化量ΔI，稳压管两端的电压变化量ΔU越小，动态电阻越小，稳压管性能就越好。

稳压管的动态电阻是随工作电流变化的，工作电流越大。动态电阻越小。因此，为使稳压效果好，工作电流要选得合。工作电流选得大些，可以减小动态电阻，但不能超过管子的最大允许电流(或最大耗散功率)。各种型号管子的工作电流和最大允许电流，可以从手册中查到。

稳压管的稳定性能受温度影响，当温度变化时，它的稳定电压也要发生变化，常用稳定电压的温度系数来表示这种性能例如2CW19型稳压管的稳定电压Uw= 12伏，温度系数为0.095%℃，说明温度每升高1℃，其稳定电压升高11.4毫伏。为提高电路的稳定性能，往往采用适当的温度补偿措施。在稳定性能要求很高时，需使用具有温度补偿的稳压，如2DW7A、2DW7W、2DW7C 等。

二. 稳压二极管稳压电路图

由硅稳压管组成的简单稳压电路如图5- l9(a)所示。硅稳压管DW与负载Rfz，并联，R1为限流电阻。

这个电路是怎样进行稳压的呢?

若电网电压升高，整流电路的输出电压Usr也随之升高，引起负载电压Usc 升高。由于稳压管DW与负载Rfz并联，Usc 只要有根少一点增长，就会使流过稳压管的电流急剧增加，使得I1也增大，限流电阻R1上的电压降增大，从而抵消了Usr的升高，保持负载电压Usc 基本不变。反之，若电网电压降低，引起Usr下降，造成Usc 也下降，则稳压管中的电流急剧减小，使得I1减小，R1上的压降也减小，从而抵消了Usr的下降，保持负载电压Usc 基本不变。

若Usr 不变而负载电流增加，则R1上的压降增加，造成负载电压Usc 下降。Usc 只要下降一点点，稳压管中的电流就迅速减小，使R1上的压降再减小下来，从而保持R1上的压降基本不变，使负载电压Usc 得以稳定。

综上所述可以看出，稳压管起着电流的自动调节作 用，而限流电阻起着电压调整作用。稳压管的动态电阻越小，限流电阻越大，输出电压的稳定性越好。

稳压二极管工作原理、重要参数意义和典型电路参数计算一次学会

（一）稳压二极管工作原理

稳压二极管的作用：

稳压二极管也叫稳压管，它在电路中一般起到稳定电压的作用，也可以为电路提供基准电压值。

稳压二极管的工作原理:

稳压二极管使用特殊工艺制造，这种工艺使它在反向击穿时仍然可以长时间稳定工作，不损坏，而工作在反向击穿状态的稳压管只要工作电流保持在一定范围，则它两端电压波动的范围就很小，稳压管正是利用这个特性实现稳压的。

图1是稳压管伏安特性曲线，在正常稳压工作状态下，稳压管就工作在图中AB这段区间。

（二）稳压二极管重要参数意义

稳压二极管重要参数：

1， 稳定电压

稳定电压是指标称稳定电压，理想稳压管的稳压值是一个固定的电压数值，但实际真实稳压管的稳定电压会在一定范围波动，有些型号的稳压管应用手册中会给出标称稳定电压值，最小稳定电压值和最大稳定电压值，但也有些手册中只给出标称稳定电压值。

图2所示是稳压管1N4733A-G的应用手册中给出的稳定电压值。

2， 最大耗散功率

最大耗散功率是指可以稳定工作的最大功率值，在工作电路中稳压管的功率不应超过这个值。

图3所示是稳压管1N47XXA-G的应用手册中给出的最大耗散功率值。

3， 额定工作电流（IZT）

额定工作电流是指稳压管可以长时间稳定工作，并且稳压性能最好时对应的工作电流值。

图4所示是稳压管1N4733A-G的应用手册中给出的额定工作电流。

4， 最小稳定工作电流

最小稳定工作电流是指可以使稳压管具有稳压功能的最小工作电流，如果稳压管电流小于这个值，会进入反向截止区，在反向截止区稳压管是没有稳压功能的。

图5所示是稳压管1N4733A-G的应用手册中给出的最小稳定工作电流，1毫安。

5， 最大稳定工作电流

最大稳定工作电流是指可以使稳压管具有稳压功能的最大工作电流，如果超过这个电流，会导致稳压管损坏。有些稳压管的应用手册中并没有给出最大稳定工作电流，这是因为这个参数可以由标称稳定电压和最大耗散功率两个参数得出。

6， 动态电阻

稳压管的动态电阻等于电压变化与电流变化的比值。动态电阻越小稳压效果越好，这是因为动态电阻小，则相同电流变化引起的电压变化就越小，所以电压就越稳定。从稳压管的反向伏安特性可以看出，稳压管的工作电流越接近最大稳定工作电流则动态电阻越小，越接近最小工作电流则动态电阻越大。所以稳压管工作电流接近最大稳定工作电流时稳压效果才好。

图6所示是稳压管1N4733A-G的应用手册中给出的动态电阻。

（三）稳压二极管稳压原理的定性分析

稳压管在电路应用中一般要串联一个限流电阻，用来保护稳压管，避免工作电流过大导致损坏，另外通过选定合理的限流电阻值，也可以避免稳压管工作电流过小而进入反向截止区，失去稳压效果。所以说这个限流电阻R即起到保护作用，也起到设定合适工作电流的作用。下图7是稳压二极管的典型应用电路：

对于图7中典型稳压电路的稳压过程我们先进行一下定性分析，从图中我们容易看出，在限流电阻值固定的情况下，能影响到稳压管工作电流的因素有两个，一是输入端电压UI的波动，另一个是负载电阻RL大小的变化。现在我们假设一种情况：即输入电压UI不变，但负载电阻RL变小时是如何稳压的。

由于负载电阻RL变小会直接导致负载通路的电流IR变大，所以流过限流电阻的电流IR会增大，导致限流电阻压降增大，所以稳压管两端电压（即负载电阻两端电压UO）变小，导致稳压管电流IDZ减小，这又会引起限流电阻电流减小，所以限流电阻电压当然也会随之减小，最终导致稳压管电压又增大，即负载电阻两端电压增大。这个过程的核心是稳压管端电压变小导致稳压电流减小，从而把稳压管两端电压又重新推高。 具体变化过程如下图8所示：

另外，如果假设负载电阻不变，而输入电压增大或减小，则稳压过程的推导与上述类似，这里就不再赘述了。

（四）稳压二极管典型电路限流电阻计算

下面我们针对这个典型稳压电路的一组数据，计算限流电阻的阻值。具体参数如下：

电源电压波动范围：13~15V

负载电阻变化范围：300~500Ω

稳压管工作电流范围：5~40ma

稳压管工作电压：6V

对于限流电阻的阻值我们首先要知道，它即不能过大，也不能过小，过大会导致稳压管电流过大损坏，过小会导致稳压管位于反向截止区而不能进入稳压工作状态。所以这个限流电阻就会存在一个上限值和一个下限值，导致稳压管分别工作于最小和最大电流两种极限状态，这两种状态是由于电源电压波动和负载电阻变化引起的，所以根据之前的定性分析，我们可以比较容易的分析出这两种状态的情况，如下表所示：

可以看到，在情况2的状态下，当负载电阻值最大时，负载通路的电流相对最小，而此时电源电压却最大，这两个因素共同作用于稳压管上，导致稳压管电流最大。这种情况就类似于下图9中所示的水库泄洪情况：

图9中副闸门的作用是配合主闸门控制水位并在适当的时候保护主闸门，避免主闸门承受过大的水压。当上游来水量增加时，如果同时主闸门把开口关到最小，这两个条件同时发生时副闸门就会面临水流最大的极限情况。这里水库的模型与稳压电路有如下对应关系：

主闸门 --> 负载电阻

副闸门 --> 稳压管

上游水量增加 --> 电源电压增加

主闸门开口关小 --> 负载电阻增加

副闸门水量最大 --> 稳压管电流最大

从上述关系中，我们可以计算出当稳压管工作电流最小时，输入电压最小，负载电流最大，此时对应的限流电阻值最大：

同理也很容易计算出限流电阻最小值为180Ω，我们可以取中间值220Ω的电阻（标准阻值中没有230Ω的电阻）。

（五）总结

稳压管在使用中要注意以下问题：

1， 稳压管使用时要串联一个限流电阻，用来保护稳压管并设定其工作电流。

2， 实际稳压管的稳定电压值是一个范围，同一批稳压管的实际稳压值可能会存在差异，但不会和标称稳压值差太多。

3， 稳压管可以串联使用，串联有四种不同接法，不同接法的稳压数值也各不相同。一般不并联使用。

4， 为了使稳压效果更稳定，需要使稳压管工作在中度偏深的击穿状态，所以输入的电压值最好是2到3倍的稳定电压值，即Uin=2~3（UZD

），比如如果要使电压稳定在12伏，而输入电压是18伏，虽然可以稳压，但是稳压管处在浅度击穿状态，稳压效果并不好。

5， 稳压管工作状态电流值不高，比如上述的1N47XXA系列最高也不到100ma，所以不适用于大功率的场合。

6， 稳压管的稳定电压有一定范围，在要求高精度电压的场合并不适用，这时可以使用专用的稳压模块代替。

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