(笔记)电路设计（六）之稳压二极管的应用

 

背景：为统筹电路设计较全面的知识点，本人将在近期推出电路设计中各种常用器件与设计理念，如基本元器件电阻、电容、电感、二极管保护，存储器件SDRAM、FLASH，PCB设计工艺DCDC电源、PCB板布线设计工艺等，希望能为大家提供些许参考。

 

一、稳压二极管

稳压二极管，又名齐纳二极管，其工作原理一种用于稳定电压的单结二极管。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。

在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，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。稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。其伏安特性见图1，稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳定电压。

 

 

二、稳压二极管稳压电路图分析

D1为稳压二极管，与负载R2并联，R1为限流电阻。

若电网电压升高，即电路的输入电压Vin也随之升高，引起负载电压Vout升高。由于稳压管D1与负载R2并联，Vin只要有一点增长，就会使流过稳压管的电流急剧增加，使得I也增大，限流电阻R1上的电压降增大，从而抵消了Vout的升高，保持负载电压Vout基本不变。反之，若电网电压降低，引起Vin下降，造成Vout 也下降，则稳压管中的电流急剧减小，使得I减小，R1上的压降也减小，从而抵消了Vin的下降，保持负载电压Vout基本不变。 若Vin不变而负载电流增加，则R1上的压降增加，造成负载电压Vout下降。Vout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Vout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。

稳压二极管串联使用：

 

 

三、稳压二极管的性能

稳压管稳压性能的好坏，可以用它的动态电阻r来 表示：

r = (电压的变化量△U)/(电流的变化量△I)

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，工作电流要选得合适。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。

 

四、稳压二极管的主要参数

1.Vz— 稳定电压。

指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。该值随工作电流和温度的不同而略有改变。由于制造工艺的差别，同一型号稳压管的稳压值也不完全一致。例如，2CW51型稳压管的Vzmin为3.0V, Vzmax则为3.6V。

2.Iz— 稳定电流。

 指稳压管产生稳定电压时通过该管的电流值。低于此值时，稳压管虽并非不能稳压，但稳压效果会变差;高于此值时，只要不超过额定功率损耗，也是允许的，而且稳压性能会好一些，但要多消耗电能。

3.Rz— 动态电阻。

指稳压管两端电压变化与电流变化的比值。该比值随工作电流的不同而改变，一般是工作电流愈大，动态电阻则愈小。例如，2CW7C稳压管的工作电流为5mA时，Rz为18Ω;工作电流为1OmA时，Rz为8Ω;为20mA时，Rz为2Ω ; > 20mA则基本维持此数值。

4.Pz— 额定功耗。 

由芯片允许温升决定，其数值为稳定电压Vz和允许最大电流Izm的乘积。例如2CW51稳压管的Vz为3V，Izm为20mA，则该管的Pz为60mW

5.Ctv— 电压温度系数。

是说明稳定电压值受温度影响的参数。例如2CW58稳压管的Ctv是+0.07%/°C，即温度每升高1°C，其稳压值将升高0.07%。

6.IR— 反向漏电流。 

指稳压二极管在规定的反向电压下产生的漏电流。例如2CW58稳压管的VR=1V时，IR=O.1uA;在VR=6V时，IR=10uA。 

 

五、选择稳压二极管的基本原则

1.要求导通电压低时选锗管;要求反向电流小时选硅管。

2.要求导通电流大时选面结合型;要求工作频率高时选点接触型。

3.要求反向击穿电压高时选硅管。

4.要求耐高温时选硅管。

 

注：稳压管与其它普通二极管不同之反向击穿是可逆性的，当去掉反向电压稳压管又恢复正常，但如果反向电流超过允许范围，二极管将会发热击穿，所以，与其配合的电阻往往起到限流作用。

 

作者：tdyizhen1314

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