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稳压二极管的电路设计及原理解析

作者:立深鑫电子        发布时间:09-01        点击:
摘要 : 稳压二极管,英文名称Zener diode,又叫齐纳二极管。利用pn结反向击穿状态,其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象,制成的起稳压作用的二极管。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。
稳压二极管,英文名称Zener diode,又叫齐纳二极管。利用pn结反向击穿状态,其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象,制成的起稳压作用的二极管。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,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。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高的稳定电压。

一、电路组成

由稳压二极管Dz和限流电阻R所组成的稳压电路是一种最简单的直流稳压电源。从该稳压管稳压电路可以得到两个基本关系式:Ui=Ur+Uo、Ir=Idz+IL


稳压二极管线路图

稳压管的伏安特性如下图,在稳压管稳压电路中,只要能是稳压管始终工作在稳压区,即保证稳压管的电流:Iz《Idz《Izm,输出电压Uo就基本稳定。

稳压二极管线路图

二、稳压原理

对于任何稳压电路都应该从两方面考察其稳压特性:

1、电网电压波动

2、负载变化

3、电网电压波动

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,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,Ir必然随之Idz急剧增大,Ur会同时随着Ir而急剧增大,,而Ur增大必将会使输出电压Uo减少。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。简单描述如下:


稳压二极管工作原理图

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不变。

2、负载变化

当负载电阻RL减少即负载电流IL增大时,Ir增大,Ur也随之增大,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,从而Ir随之急剧减小。如果参数选择恰当,可使ΔIdz≈-ΔIL,使Ir基本不变,从而Uo也就基本不变。简单描述如下:


稳压二极管工作原理图

显然,在电路中只要使ΔIz≈-ΔIL,就可以使Ir基本不变,从而保证Uo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目的。限流电阻R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。