穩壓二極管原理

何為穩壓二極管，說的通俗一些，就是用來穩壓的，它是用特殊工藝制造而成的面結型矽半導體二極管，也叫齊納二極管。它的外形、内部結構與普通二極管類似，且伏安特性曲線的正向特性與普通二極管差不多，反向特性是在反向電壓低于反向擊穿電壓時，反向電阻很大，反向漏電流極小。但是，當反向電壓臨近反向電壓的臨界值時，反向電流驟然增大，稱之為擊穿，在這一臨界點上，反向電阻驟然降至很小值。盡管電流在很大的範圍内變化，而二極管兩端的電壓卻基本穩定在擊穿電壓附近，從而實現了二極管的穩壓功能。

穩壓二極管在被反向擊穿後，盡管流過穩壓管的反向擊穿電流變化很大，但兩端的電壓卻幾乎不變。我們也常常用它這一特性來進行穩壓，以獲得基準電壓和用作電平轉移。

穩壓二極管參數

穩定電壓Uz：指PN結的擊穿電壓，穩壓二極管通過額定電流時兩端産生的穩定電壓值。該值随工作電流和溫度的不同而略有改變。由于制造工藝的差别，同一型号穩壓管的穩壓值也不完全一緻。

額定電流Iz：指穩壓二極管産生穩定電壓時通過的電流值。低于額定電流時，雖然也能穩壓，但穩壓效果會變差；高于額定電流時，隻要不超過額定功率損耗，也是允許的，而且穩壓性能會好一些，但要多消耗電能。

動态電阻rz：指穩壓二極管兩端電壓變化與電流變化的比值。該比值随工作電流的不同而改變，一般是工作電流愈大，動态電阻則愈小。

圖示給出了穩壓二極管在工作時的動态等效電路，圖中二極管為理想二極管。

電壓溫度系數CTV：如果穩壓二極管的溫度發生變化了，它的穩定電壓也會發生微小變化，溫度變化1℃所引起管子兩端電壓的相對變化量即是電壓溫度系數（單位：﹪/℃）。不同型号的穩壓管有不同的穩定電壓的溫度系數，且有正負之分。穩壓值低于4V的穩壓管，穩定電壓的溫度系數為負值，穩壓值高于6V的穩壓管，其穩定電壓的溫度系數為正值。介于4V~6V之間，可能為正，也可能為負，在要求高的場合，可以用兩個溫度系數的管子串聯進行補償。

額定功耗Pz：由芯片允許溫升決定，其數值為穩定電壓Vz和允許最大電流Izm的乘積。其工作電流越大，動态電阻越小，穩壓性能越好，但最大工作電流不能超過Pz的限制，超過Pz将損壞穩壓管。

穩壓二極管選型原則

1）穩壓二極管的穩壓值離散性很大，即使同一廠家同一型号産品，其穩定電壓值也不完全一樣，這一點在選用時應加以注意。對要求較高的電路，選用前應對穩壓值進行檢測。

2）對于過電壓保護的穩壓二極管，其穩定電壓的選定要依據保護電壓的大小選用，其穩定電壓值不能選的過大或過小，否則起不到電壓保護的作用。

3）在選用穩壓二極管時，除了要注意穩定電壓、最大工作電流等參數外，還要注意選用動态電阻較小的穩壓二極管，因為動态電阻越小，穩壓性能越好。

4）使用穩壓管時應注意，二極管的反向電流不能無限增大，否則會導緻二極管的過熱損壞。因此，穩壓管在電路中一般需要串聯限流電阻。

5）選用穩壓二極管時，要根據具體電子電路來考慮，簡單的并聯穩壓電源，輸出電壓就是穩壓二極管的穩定電壓。

穩壓二極管的應用電路

電源穩壓

穩壓二極管為電源電路輸出後級穩壓，是其最典型的應用。下圖是穩壓二極管的典型直流穩壓電路，VZ1為穩壓二極管，R1是VZ1的限流保護帶電阻。

未穩定的直流工作電壓經過R1，加到VD1上，由于工作電壓遠大于VD1所以VZ1處于工作狀态，其兩端得到穩定的直流電壓，作為穩壓電路的輸出電壓。當直流工作電壓波動時，流過R1和VZ1的電流大小随之相應波動，由于VZ1穩壓的作用，保持電路後級輸出U0不變，那麼直流電壓的大小波動降在的電阻R1上。

濾波電路

電子二極管中濾波器中的穩壓管應用電路如下，VZ1是穩壓二極管，VT1是電子濾波管，C1是VT1基極濾波電容，R1是VT1偏置電阻。

在穩壓二極管導通後，VT1基極被穩定在13V，根據三極管發射結導通後的結電壓（0.7V）基本不變特性，VT1發射極直流輸出電壓也是穩定的，達到穩定輸出電壓的目的。

浪湧保護

下圖是穩壓二極管的浪湧保護電路，K1是繼電器，VZ1是穩壓二極管，R1是限流保護電阻，RL是負載電阻。

當工作電壓沒有浪湧出現時，工作電壓沒有高到足以使穩壓管VZ1導通的程度，這時VZ1截止，沒有流過繼電器K1，K1的觸點保持導通狀态。工作電壓通過繼電器觸點時為負載RL正常供電。當工作電壓出現浪湧時，由于電壓升高，穩壓二極管VZ1導通，這時有電流流過繼電器K1，K1的觸點斷開，電壓不能通過繼電器觸點為負載RL供電，達到保護負載RL的目的。

過電壓保護

穩壓二極管構成的過電壓保護電路，VZ1是穩壓二極管，VT1是控制管， 115V是主工作電壓。

電阻R1和R2構成115V直流工作分壓電路，分壓後的電壓通過穩壓二極管VZ1加到VT1基極，當115V電壓大小正常時，R1,R2分壓後的電壓不足以使穩壓二極管導通，這時VT1基極電壓為0，VT1截止，其集電極為高電平，此時待機保護電路不動作，電路正常工作。當電壓高于115V時，R1,R2分壓後的電壓足以時穩壓二極管VD1導通，這是VT1飽和導通(VT1的基極電平由原來的接近0V，變為R2分得電壓-VD1的導通壓降，VT1包含導通的條件：偏置電壓正偏且基極電流大于工作在放大區的電流)，其集電極為低電平，通過待機控制線的控制使得電路進入待機保護狀态。

限幅電路

下圖是穩壓二極管構成的限幅電路，電路中A1和A2是集成電路，VZ1和VZ2是穩壓二極管。

從集成電路的A1的1腳輸出信号通過R1加到集成電路A2的1腳，當集成電路A1的1腳輸出信号幅度沒有超過VD1穩壓值時，這一信号完整的加到A2的1腳上，當集成電路A1的1腳輸出信号幅度超過VZ1穩壓值時，幅度超過部分使VD1導通，信号幅度的最大值被限制，從而達到限幅目的。

1）R2和VZ2構成的限幅電路與R1和VZ1構成的電路工作原理一樣，隻是用來限制集成電路A1的2腳輸出信号幅度。

2）R1和R2一樣，它用來傳輸集成電路A1和A2之間的信号，同時也是VZ1和VZ2的限流保護電阻。

3）限幅電路隻是限去電壓值超過穩壓二極管穩壓值的部分，對于信号電壓幅度小于穩壓二極管穩壓值的部分無法限幅作用。

電弧抑制

穩壓二極管構成的電弧抑制電路，這種電路通常用于一些功率較大的電磁吸鐵控制電路中。下圖所示電路，VD1是穩壓二極管，L1是電感，R1是限流保護電阻，S1是電源開關。

電路的工作原理：在電源開關S1從接通轉為關斷時，電感L1兩端産生的方向電動勢為上正下負，這一反向電動勢很大，通過R1加到了穩壓二極管的VZ1兩端，使之導通，這樣将方向的電動勢能量釋放，使得S1上不會産生很大的電動勢，從而不産生電弧，達到了消弧的目的。

電源開關S1正常接通時，直流電壓通過R1加到VZ1上電壓不夠大，不足以使VZ1導通，所以VZ1處于截止狀态，不影響電路正常工作。

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