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1、稳压二极管原理电路及应用引言 二极管因用途不同而种类繁多。稳压二极管是其中的一种。我们知道晶体二极管具有单向导电的性能。正向连接时是导电的(在电路中，二极管的正极接电源的正极，二极管的负极接电源的负极)，反向连接是不导电的，只有很小很小的漏电流。但是如果给某些特定二极管反向电压逐渐加大到某一数值，二极管就会被击穿，这时二极管又开始反向导电。随着导电电流逐渐增大(只要电流不是增加到损坏二极管的程度) ，二极管两端的电压却基本上保持不变，几乎恒定在二极管击穿的电压数值上。这就是二极管的反向击穿特性。利用这个特性，人们制成稳压二极管1。由于这种反向击穿特性能起稳压作用，所以在电路中稳压二极管必须反向
2、连接，就是二极管的正极接电源的负极，二极管的负极接电源的正极。1稳压二极管的原理及电路 1.1 稳压管的特性 稳压管的伏安特性曲线如图 l 所示。由图可见，反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小;当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然剧增，即稳压管反向击穿; 此后，虽然电流在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小，这一特性便可用来稳压。稳压管与其他二极管不同的是，其反向击穿是可逆的。当反向电压去掉后，稳压管又恢复正常状态但是，如果反向电流超过允许值，稳压管的 PN 结也会因过热而损坏。由于硅管的热稳定性比锗管好，因此一般都用硅管做稳压二极管，例如 2CW 系列和 2DW 系列都是硅稳压
3、二极管2图 1 硅稳压二极管伏安特性和符号1.2 稳压管的主要参数 1.2.1 稳定电压 U: 稳压管反向击穿后稳定工作时的电压值称为稳定电压，如 2CW13 型为 5V 一 6.5V，具有温度补偿作用的 2DW7A 型稳压管为 5.8V 一 6.6V。对于某只稳压管，其 UZ 是这个范围内的某一确定数值。因此在使用时，具体数值需要实际测试。 1.2.2 稳定电流 IZ 稳压管反向击穿后稳定工作时的反向电流称为稳定电流。稳压管允许通过的最大反向电流称为最大稳定电流 IZmax。使用稳压管时，工作电流不能超过 IZmax，否则稳压管可能损坏。 1.2.3 动态电阻 RZ 稳压管在反向击穿区的曲线
4、 AB 段工作时，电压变化量U Z 与电流变化量I Z 之比称为动态电阻，即 RZ=U Z/I Z， (l)式中：U Z稳压管两端电压的变化量； I Z稳压管流过电流的变化量。 由上式可知，若 RZ 愈小，则由 I Z 引起的 UZ 的变化量U Z 愈小，反向特性曲线就愈陡稳压管的稳压性能就愈好。 1.3 稳压管稳压电路交流电压经过整流滤波后，所得到的直流电压虽然脉动已经很小，但是当电源电压波动或负载发生变化时，直流电压将随之发生变化。因此，在整流滤波电路之后常加一级直流稳压电路。最简单的稳压管并联型稳压电路如图 2 所示。图 2 稳压管稳压电路当交流电源电压增加而使输入电压 Ui 增加时，负
5、载电压 Uo 也将增加，即稳压管两端的电压 UZ 增加，由于 UZ 稍有增加，稳压管的电流 IZ 就会显著增加，因此电阻 R 上的压降增加，抵消了 Ui 的增加，使负载电压 Uo(Uo=Ui-UR)基本不变。反之，当电源电压降低时，通过稳压管的电流 IZ 减小，电阻 R 上的压降减小，使负载电压 Uo 基本不变。当电源电压不变而负载电流增大时，电阻 R 上的压降增大，负载电压 Uo 随之降低。但是，只要 Uo 稍有下降，稳压管电流就会显著减小，使通过电阻 R 的电流和电阻 R 上的压降基本不变，负载电压 Uo 也基本不变。当负载电流减小时，稳压过程与此相反。 选择稳压管时，一般应按下列要求选取
6、2. 稳压二极管的应用 2.1 基准电压源 利用稳压二级管 DZ 提供基准电压源的电路如图 3 所示 经过全波整流和电容滤波得到直流电压，再经过电阻 R 和稳压二级管 DZ 组成的稳压电路，向负载 RL 提供一个较平稳的直流电压。当交流电源电压不稳或负载变化时，如交流电压增加，会使输出电压 Uo 升高，负载电压 UL 也增大。加在稳压二极管 DZ 两端的电压相应增加，假设此时稳压管已处于击穿状态，由稳压二极管的伏安特性可知。稳压二极管的电压稍有增加，其电流会急剧增加，流过电阻 R 的电流随之增加， UZ 电压增大，使输出电压不能升高。从而维持了输出电压基本不变。这就是用稳压二极管作基准电源的基
7、本原理。图 3 稳压二级管 DZ 提供基准电压源2.2 过电压保护电路 过压保护电路分为过低压保护和过高压保护电路3。某些电路和器件不允许在过低压下较长时间工作，为此可采用如图 4 所示的稳压二极管作过低电压保护电路。当电源电压 US 超过稳压管击穿电压时，稳压管 DZ 击穿导通，有足够的电流激励继电器，触点 J1 动作给负载 RL 供电。一旦电源电压过低 (达不到稳压管稳定电压值)时，就没有电流流过继电器J，J1 断开负载即与电源分开。限流电阻 SR 的选择原则是：SR=SU Ij-Rj 其中 Us 为电源电压，Ij 为继电器工作电流Rj 为继电器直流电阻。图 4 稳压二极管作过低电压保护电
8、路过高电压保护电路：来自电源的浪涌电压过高可以采用如图 3 所示的稳压管保护。图 5a是直流电源过电压保护电路，图 5b 是交流电源过电压保护电路。正常状志下，电源电压低于稳压管的击穿电压，团稳压管的反向电阻很大，对电源相当于开路，稳压管不导通。当电源电压过高时，稳压管被击穿导通，且电流增大，电压受到限制。2.3 限幅作用 为丁防止放大器等输出电压超过限定值可采用如图 6 所示稳压管限幅电路。其输出的电压峰值被限制在约等于稳压管的稳定电压值上 该电路为运放限幅电路，DZ1 和 DZ2对接在反馈电路中。正常工作时输出电压小于稳压管 DZ 的稳定电压，这条反馈支路不起作用。但当输入电压达到 ZdS
9、CUUU条件时，就有一个稳压管被击穿。另一个正向导通，负反馈加强，使输出电压限制在 ZdUU的范围内。ZU 为稳定电压，dU 为正向导通电压。稳压管用于限幅的基本电路有串联和并联之分。串联限幅的输出电压波形是输入电压波形中高于稳压管击穿电压的部分，它可用来抑制干扰脉冲，以提高电路的抗干扰能力。还能做鉴幅器。并联限幅的输出电压波形是输入波形中低于稳压管稳定电压的部分，它可以用来整形和稳定输出渡形的幅值。还能将输入的正弦波整形为方波，或是从垒波整流后的波形得到梯形波。选种梯形渡广泛应用于单结晶体管的可控触发电路中做同步电源之用。2.4 电平移动和放大器之间的耦合 一些直流放大器各级之间无耦台电容或
10、无变压器隔离直流时，各级间的静态工作点会相互影响。为了使其各级之间都能得到一个合适的静态工作点，且被放大的信号损失较小，常用稳压管充当耦合元件。由于稳压管工作在反向击穿区的电阻很小，几乎可以无衰减地传递信号。在数字电路中，由不同类型导电的晶体管组成的分立元件电路和不同种类的数字集成电路，它们的信号电平往往有不同的幅值和极性要求，当它们相互连接时，一般都需要加一个电平移动电路接口。如果前级输出电平大于后级要求的输入电平，且极性相同，通常不用串联或并联限幅器；若前后级信号电平极性相反，则电平转移电路可采用如图 5所示的形式，图中虚线框的稳压管和一个电阻组成电平电路：它把信号电平从 09.5V 变成
11、 50V，从而可与集成电路相匹配。从图 7 所示波形可以看出：通过电平穆动电路后信号波形不变，但电平移动了一个稳压管的稳定电压值。在实际电路中，常常需要运算放大器驱动 TTL 数字集成电路，而 TTL 的工作电压为 5V，多数运算放大器的输出为l2V ，这显然不能直接驱动。可用图 8 所示电路使输出的电压信号箝制在-0.75V 之间，则可完成驱动43 二极管的型号 3.1 二极管的型号 根据国标 GB249 一 74半导体器件型号命名方法规定，国产二极管的型号由 5 个部分组成，如图 9 所示。例如:2CZ10D 表示整流二极管，材料为 N 型硅，序号为 10，档次为 D(相当于第 4 档)
12、。3.2 汽车用整流二极管 根据汽车专业推荐标准 ZBT36008 一 89ZQ 型硅整流元件规定，汽车交流发电机整流用二极管的型号规格如表 1 所列，其中字母 Z 表示整流管，Q 表示汽车拖拉机用。3.3 二极管的选用 二极管广泛用于整流、检波和开关电路中。由于二极管种类较多，因此在应用时，首先应了解各种型号二极管的性能，再根据使用场合选择合适的二极管。a.普通二极管，如 2AIP1、 、从 2AP9、2CP1 、2CP9 等，适用于高频检波、限幅和小电流整流等。 b.整流二极管，如 1CZll、2CZ27 等，适用于不同功率的整流器。c.开关二极管，如 1AK1、 、1AK4，1CK1、2CK19 等，适用于计算机、脉冲控制电路和开关电路。 d.稳压二极管，如 2CW1、2CW10，2DW1、 、2DW7 等，适用于各种稳压电路5。 参考文献 1 敬树贤稳压二极管的工作原理及应用N电子职校电子报2010，4(18) 2 周祖广、胡继翔硅双向稳压二极管及其应用J 衡阳市：无线电三厂1998：2425 3 舒华、陈建勤稳压管及其应用J 汽车维护与修理 1999，4：364 牛轶霞、宋吉江稳压二极管的应用J 山东：家庭电子 5 舒华、陈建勤稳压管及其应用J 汽车维护与修理 1999，4：37
