稳压管的稳压电路设计优化

10.4.2.1　电路组成

由稳压二极管DZ和限流电阻所组成的稳压电路如图10.4.1中点画线框内所示。其输入电压UI是整流滤波后的电压，输出电压UO就是稳压管的稳定电压UZ，RL是负载电阻。

图10.4.1　稳压管稳压电路

图10.4.2　稳压管的伏安特性

从稳压管稳压电路可得两个基本关系式

从图10.4.2所示稳压管的伏安特性中可以看出，在稳压管稳压电路中，只要能使稳压管始终工作在反向击穿区，即保证稳压管的电流IZ≤IDz≤IZM，输出电压UO就基本稳定。

10.4.2.2　稳压原理

对任何稳压电路都应从两个方面考察其稳压特性：一是设电网电压波动，研究其输出电压是否稳定；二是设负载变化，研究其输出电压是否稳定。

在图10.4.1所示稳压管稳压电路中，当电网电压升高时，稳压电路的输入电压UI随之增大，输出电压UO也随之按比例增大；但是，由于UO= UZ，根据稳压管的伏安特性，UZ的增大将使IDz急剧增大；根据式（10.4.5）可知IR必然随着IDz急剧增大，UR会同时随着IR而急剧增大；根据式（10.4.4）可知，UR的增大必将使输出电压UO减小。因此，只要参数选择合适，R上的电压增量就可以与UI的增量近似相等，从而使UO基本不变。上述过程可简单描述如下：

当电网电压下降时，各电量的变化与上述过程相反。

可见，当电网电压变化时，稳压电路通过限流电阻R上电压的变化来抵消UI的变化，即ΔUR≈ ΔUI，从而使UO基本不变。

当负载电阻RL减小即负载电流IL增大时，将导致IR增加，UR也随之增大；由式（10.4.4）可知，此时UO必然下降，即UZ下降；根据稳压管的伏安特性，UZ的下降使IDz急剧减小，从而IR随之急剧减小。如果参数选择恰当，就可使ΔIDz≈ -ΔIL，使IR基本不变，从而UO也就基本不变。上述过程可简单描述如下：

相反，如果RL增大即IL减小，则IDz增大，同样可使IR基本不变，从而保证UO基本不变。

显然，在电路中只要能使ΔIDz≈ -ΔIL，就可以使IR基本不变，从而保证负载变化时输出电压基本不变。

综上所述，在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻R上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。限流电阻R是必不可少的元件，它既限制稳压管中的电流使其正常工作，又与稳压管相配合以达到稳压的目的。一般情况下，在电路中如果有稳压管存在，就必然有与之匹配的限流电阻。

10.4.2.3　电路参数的选择

设计一个稳压管稳压电路，就是合理地选择电路元件的有关参数。在选择元件时，应首先知道负载所要求的输出电压UO，负载电流IL的最小值ILmin和最大值ILmax（或者负载电阻RL的最大值RLmax和最小值RLmin），输入电压UI的波动范围（一般为±10%）。

1.稳压电路输入电压UI的选择

根据经验，一般选取(www.xing528.com)

UI确定后，就可以根据此值选择整流滤波电路的元件参数。

2.稳压管的选择

在稳压管稳压电路中有UO= UZ；当负载电流IL变化时，稳压管的电流将产生一个变化，即ΔIDz≈ -ΔIL，所以稳压管工作在稳压区所允许的电流变化范围应大于负载范围，即IZmax-IZmin＞ILmax-ILmin。选择稳压管时应满足

若考虑到空载时稳压管流过的电流IDz将与R上电流IR相等，满载时IDz应大于稳压管的最大稳定电流IZM的选取应留有充分的余量，则还应满足

3.限流电阻R的选择

R的选择必须满足两个条件：一是稳压管流过的最小电流IDzmin应大于稳压管的最小稳定电流IZmin（即手册中的IZ）；二是稳压管流过的最大电流IDzmax应小于稳压管的最大稳定电流IZmax（即手册中的IZM）。即

从图10.4.1所示电路可以看出

（1）当电网电压最低（即UI最低）且负载电流最大时，流过稳压管的电流最小，根据式（10.4.9）～式（10.4.11）可写成表达式

由此得出限流电阻的上限值为

式中　ILmax= UZ/RLmin。

（2）当电网电压最高（即UI最高）且负载电流最小时，流过稳压管的电流最大，根据式（10.4.9）～（10.4.11）可写成表达式

由此得出限流电阻的下限值为

式中，ILmin= UZ/RLmax。

电阻R的阻值一旦确定，根据它的电流即可算出其功率。