稳压二极管电路设计与优化

1.稳压二极管的特性曲线及主要参数

（1）稳压二极管及其特性 稳压二极管简称稳压管，是一种用特殊工艺制造的面接触型硅半导体二极管，其代表符号如图2-30a所示。这种二极管的杂质浓度比较大，空间电荷区内的电荷密度也大，因而该区域很窄，容易形成强电场。当反向电压加到某一定值时，反向电流剧增，产生反向击穿。图2-30b所示为稳压管的伏安特性。由稳压管的伏安特性曲线看出，其正向特性与普通二极管基本相同，但反向击穿时，特性曲线较陡。图中的U_Z表示反向击穿电压，即稳压管的稳定电压。稳压管的稳压作用在于，电流增量ΔI_Z很大，但只引起很小的电压变化ΔU_Z。在正常反向击穿区内，曲线越陡，交流电阻r_Z=ΔU_Z/ΔI_Z越小，稳压管的稳压性能越好。

图2-30 稳压二极管的图形符号及伏安特性曲线

（2）稳压二极管的主要参数

1）稳定电压U_Z。稳定电压指流过规定电流时稳压管两端的反向电压值，其值取决于稳压管的反向击穿电压值。由于制造工艺的原因，同一型号管子的稳定电压有一定的分散性。例如2CW55型稳压管的U_Z为6.2～7.5V（测试电流为10mA）。

2）稳定电流I_Z。稳定电流I_Z是指稳压管的工作电压等于稳定电压U_Z时通过稳压管的电流。它只是一个参考电流值，如果工作电流高于此值，但只要不超过最大工作电流，稳压管均可以正常工作，且电流越大，稳压效果越好；如果工作电流低于I_Z，稳压效果将变差，当低于I_Zmin时，稳压管将失去稳压作用。

3）最大耗散功率P_ZM和最大工作电流I_ZM。最大耗散功率P_ZM和最大工作电流I_ZM是为了保证管子不被热击穿而规定的极限参数，其中P_ZM=I_ZMU_Z。

4）动态电阻r_Z。动态电阻r_Z是指稳压范围内电压变化量与相应的电流变化量之比，即

r_Z值很小，约几欧到几十欧。r_Z越小，反向击穿特性越陡，稳压性能就越好。

5）电压温度系数S_tv。电压温度系数是指温度每增加1℃时，稳定电压的相对变化量，即

（3）使用稳压管的注意事项

1）稳压管必须工作在反向偏置状态。

2）稳压管工作时的电流应在稳定电流和允许的最大工作电流之间。为了不使电流超过反向击穿电流，电路中必须串接限流电阻。

3）稳压管可以串联使用（串联后的稳压值为各管稳压值之和），但不能并联使用，以免因稳压管稳压值的差异造成各管电流分配不均匀，引起管子过载损坏。

2.稳压二极管的稳压电路(www.xing528.com)

例2-11 稳压二极管的稳压电路如图2-31所示，R是稳压二极管的限流保护电阻。当输入电压u_i或负载R_L发生变化时，试分析输出电压u_o的变化情况。

解 1）当u_i升高而R_L不变时，u_o有升高的趋势。由于u_o的升高将使通过稳压二极管VS的电流I_Z增大，R两端电压也将增大，从而使稳压二极管两端的电压U_Z即输出电压u_o基本保持不变。同理，当u_i降低而R_L不变时，输出电压u_o也将基本保持不变。

图2-31 稳压二极管的稳压电路

2）当u_i不变而R_L减小时，u_o有降低的趋势，由于u_o稍有降低将使通过稳压二极管VS的电流I_Z减小，R两端电压也减小，从而使稳压二极管两端的电压U_Z即输出电压u_o基本保持不变。同理，当u_i不变而R_L增大时，输出电压u_o也将基本保持不变。

由上面的分析可以看出：由于负载R_L与稳压二极管VS并联，使波动的电压绝大部分落在R两端，进而使负载R_L两端的电压u_o基本保持不变。

例2-12 图2-32a所示电路中，稳压管VS₁的稳定电压U_Z1=8V，VS₂的稳定电压U_Z2=6V，输入电压u_i=12sinωtV，试画出输出电压u_o的波形。

解 当u_i为正半周时，VS₁反偏，VS₂正偏；若要VS₁反向击穿、VS₂正向导通，则需u_i≥U_Z1+U_D2=8V+0.7V=8.7V。所以u_i＜8.7V时，u_o=u_i；u_i＞8.7V时，u_o≈8.7V。

当u_i为负半周时，VS₁正偏，VS₂反偏；若要VS₁正向导通、VS₂反向击穿，则需|u_i|≥U_D1+U_Z2=0.7V+6V=6.7V。所以|u_i|＜6.7V时，u_o=u_i；|u_i|＞6.7V时，u_o≈-6.7V。

u_o的波形如图2-32b所示，由图中可以看出该电路实现了双向限幅稳压的目的。

例2-13 有两只稳定电压分别为5.5V和8.5V的稳压管，正向压降都是0.5V，如果要得到U₀=0.5V、3V、6V、9V和14V的几种稳定电压，这两只稳压管应如何连接？试画出电路图。

解 设稳压管VS₁的稳定电压U_Z1=5.5V，稳压管VS₂的稳定电压U_Z2=8.5V，稳压管工作在反向击穿区时，管子两端电压等于其正向压降，因此，可通过两只稳压管的不同连接得到所需的不同稳定电压。

连接电路如图2-33所示。

图2-32 例2-12的电路图

图2-33 例2-13电路连接图