1、穩壓二極管原理電路及應用引言   二極管因用途不同而種類繁多。穩壓二極管是其中的一種。我們知道晶體二極管具有單向導電的性能。正向連接時是導電的(在電路中，二極管的正極接電源的正極，二極管的負極接電源的負極)，反向連接是不導電的，只有很小很小的漏電流。但是如果給某些特定二極管反向電壓逐漸加大到某一數值，二極管就會被擊穿，這時二極管又開始反向導電。隨著導電電流逐漸增大(只要電流不是增加到損壞二極管的程度)，二極管兩端的電壓卻基本上保持不變，幾乎恒定在二極管擊穿的電壓數值上。這就是二極管的反向擊穿特性。利用這個特性，人們制成穩壓二極管1。由于這種反向擊穿特性能起穩壓作用

2、，所以在電路中穩壓二極管必須反向連接，就是二極管的正極接電源的負極，二極管的負極接電源的正極。1穩壓二極管的原理及電路 1.1穩壓管的特性 穩壓管的伏安特性曲線如圖l所示。由圖可見，反向電壓在一定范圍內變化時，反向電流很小;當反向電壓增高到擊穿電壓時，反向電流突然劇增，即穩壓管反向擊穿;此后，雖然電流在很大范圍內變化，但穩壓管兩端的電壓變化很小，這一特性便可用來穩壓。穩壓管與其他二極管不同的是，其反向擊穿是可逆的。當反向電壓去掉后，穩壓管又恢復正常狀態但是，如果反向電流超過允許值，穩壓管的PN結也會因過熱而損壞。由于硅管的熱穩定性比鍺管好，因此一般都用硅管做穩壓二極管，例如

3、2CW系列和2DW系列都是硅穩壓二極管2圖1 硅穩壓二極管伏安特性和符號1.2 穩壓管的主要參數 1.2.1 穩定電壓U: 穩壓管反向擊穿后穩定工作時的電壓值稱為穩定電壓，如2CW13型為5V一6.5V，具有溫度補償作用的2DW7A型穩壓管為5.8V一6.6V。對于某只穩壓管，其UZ是這個范圍內的某一確定數值。因此在使用時，具體數值需要實際測試。 1.2.2 穩定電流IZ     穩壓管反向擊穿后穩定工作時的反向電流稱為穩定電流。穩壓管允許通過的最大反向電流稱為最大穩定電流I

4、Zmax。使用穩壓管時，工作電流不能超過IZmax，否則穩壓管可能損壞。 1.2.3 動態電阻RZ 穩壓管在反向擊穿區的曲線AB段工作時，電壓變化量UZ與電流變化量IZ之比稱為動態電阻，即 RZ=UZ/IZ，                     (l)式中：UZ穩壓管兩端電壓的變化量；     

5、  IZ穩壓管流過電流的變化量。 由上式可知，若RZ愈小，則由IZ引起的UZ的變化量UZ愈小，反向特性曲線就愈陡穩壓管的穩壓性能就愈好。 1.3 穩壓管穩壓電路交流電壓經過整流濾波后，所得到的直流電壓雖然脈動已經很小，但是當電源電壓波動或負載發生變化時，直流電壓將隨之發生變化。因此，在整流濾波電路之后常加一級直流穩壓電路。最簡單的穩壓管并聯型穩壓電路如圖2所示。圖2 穩壓管穩壓電路當交流電源電壓增加而使輸入電壓Ui增加時，負載電壓Uo也將增加，即穩壓管兩端的電壓UZ增加，由于UZ稍有增加，穩壓管的電流IZ就會顯著增加，因此電阻R上的壓

6、降增加，抵消了Ui的增加，使負載電壓Uo(Uo=Ui-UR)基本不變。反之，當電源電壓降低時，通過穩壓管的電流IZ減小，電阻R上的壓降減小，使負載電壓Uo基本不變。當電源電壓不變而負載電流增大時，電阻R上的壓降增大，負載電壓Uo隨之降低。但是，只要Uo稍有下降，穩壓管電流就會顯著減小，使通過電阻R的電流和電阻R上的壓降基本不變，負載電壓Uo也基本不變。當負載電流減小時，穩壓過程與此相反。 選擇穩壓管時，一般應按下列要求選取2. 穩壓二極管的應用 2.1 基準電壓源 利用穩壓二級管DZ提供基準電壓源的電路如圖3所示 經過全波整流和電容濾

7、波得到直流電壓，再經過電阻R和穩壓二級管DZ組成的穩壓電路，向負載RL提供一個較平穩的直流電壓。當交流電源電壓不穩或負載變化時，如交流電壓增加，會使輸出電壓Uo升高，負載電壓UL也增大。加在穩壓二極管DZ兩端的電壓相應增加，假設此時穩壓管已處于擊穿狀態，由穩壓二極管的伏安特性可知。穩壓二極管的電壓稍有增加，其電流會急劇增加，流過電阻R的電流隨之增加，UZ電壓增大，使輸出電壓不能升高。從而維持了輸出電壓基本不變。這就是用穩壓二極管作基準電源的基本原理。圖3 穩壓二級管DZ提供基準電壓源2.2 過電壓保護電路 過壓保護電路分為過低壓保護和過高壓保護電路3。某些電路和器

8、件不允許在過低壓下較長時間工作，為此可采用如圖4所示的穩壓二極管作過低電壓保護電路。當電源電壓US超過穩壓管擊穿電壓時，穩壓管DZ擊穿導通，有足夠的電流激勵繼電器，觸點J1動作給負載RL供電。一旦電源電壓過低(達不到穩壓管穩定電壓值)時，就沒有電流流過繼電器J，J1斷開負載即與電源分開。限流電阻SR的選擇原則是：SR=SUIj-Rj 其中Us為電源電壓，Ij為繼電器工作電流Rj為繼電器直流電阻。圖4 穩壓二極管作過低電壓保護電路過高電壓保護電路：來自電源的浪涌電壓過高可以采用如圖3所示的穩壓管保護。圖5a是直流電源過電壓保護電路，圖5b是交流電源過電壓保護電路。正常狀志下，

9、電源電壓低于穩壓管的擊穿電壓，團穩壓管的反向電阻很大，對電源相當于開路，穩壓管不導通。當電源電壓過高時，穩壓管被擊穿導通，且電流增大，電壓受到限制。2.3 限幅作用     為丁防止放大器等輸出電壓超過限定值可采用如圖6所示穩壓管限幅電路。其輸出的電壓峰值被限制在約等于穩壓管的穩定電壓值上 該電路為運放限幅電路，DZ1和DZ2對接在反饋電路中。正常工作時輸出電壓小于穩壓管DZ的穩定電壓，這條反饋支路不起作用。但當輸入電壓達到ZdSCUUU+³條件時，就有一個穩壓管被擊穿。另一個正向導通，負反饋加強，使輸出電壓限制在

10、ZdUU+的范圍內。ZU為穩定電壓，dU為正向導通電壓。穩壓管用于限幅的基本電路有串聯和并聯之分。串聯限幅的輸出電壓波形是輸入電壓波形中高于穩壓管擊穿電壓的部分，它可用來抑制干擾脈沖，以提高電路的抗干擾能力。還能做鑒幅器。并聯限幅的輸出電壓波形是輸入波形中低于穩壓管穩定電壓的部分，它可以用來整形和穩定輸出渡形的幅值。還能將輸入的正弦波整形為方波，或是從壘波整流后的波形得到梯形波。選種梯形渡廣泛應用于單結晶體管的可控觸發電路中做同步電源之用。2.4 電平移動和放大器之間的耦合     一些直流放大器各級之間無耦臺電容或無變壓器隔離直流時

11、，各級間的靜態工作點會相互影響。為了使其各級之間都能得到一個合適的靜態工作點，且被放大的信號損失較小，常用穩壓管充當耦合元件。由于穩壓管工作在反向擊穿區的電阻很小，幾乎可以無衰減地傳遞信號。在數字電路中，由不同類型導電的晶體管組成的分立元件電路和不同種類的數字集成電路，它們的信號電平往往有不同的幅值和極性要求，當它們相互連接時，一般都需要加一個電平移動電路接口。如果前級輸出電平大于后級要求的輸入電平，且極性相同，通常不用串聯或并聯限幅器；若前后級信號電平極性相反，則電平轉移電路可采用如圖5所示的形式，圖中虛線框的穩壓管和一個電阻組成電平電路：它把信號電平從09.5V變成50V，從而可與集成電路

12、相匹配。從圖7所示波形可以看出：通過電平穆動電路后信號波形不變，但電平移動了一個穩壓管的穩定電壓值。在實際電路中，常常需要運算放大器驅動TTL數字集成電路，而TTL的工作電壓為5V，多數運算放大器的輸出為±l2V，這顯然不能直接驅動。可用圖8所示電路使輸出的電壓信號箝制在-0.75V之間，則可完成驅動43.2 汽車用整流二極管 根據汽車專業推薦標準ZBT36008一89ZQ型硅整流元件規定，汽車交流發電機整流用二極管的型號規格如表1所列，其中字母Z表示整流管，Q表示汽車拖拉機用。a.普通二極管，如2AIP1、從2AP9、2CP1、2CP9等，適用于高頻檢波、限幅和小電流整流等。 b.整流二極管，如1CZll、2CZ27等，適用于不同功率的整流器。c.開關二極管，如1AK1、1AK4，1CK1、2CK19等，適用于計算機、脈沖控制電路和開關電路。 d.穩壓二極管，如2CW1、2CW10，2DW1、2DW7等，適用于各種穩壓電路5。 圖中的Rb2有什么作用？第一段話的電平移動又指的是什么？向左轉|向右轉 向左轉|向右轉Rb2在這里有兩個作用，一是為穩壓二極管VDz限流，二是其上壓降隨前級放大器輸出電壓