稳压二极管在稳压电路的应用以及稳压二极管的特点

      稳压二极管 

　　电池或电池组，是电压较为平稳的直流电源。或无必要实施稳压控制，但其缺点是供电容量低，使用寿命有局限。交、直流转换电源中，交流侧的波动及负载电流变化，均会引发电压波动。稳压控制，凸显为一个重要的课题。

　　无论多少复杂的稳压控制电路，基准电压源电路是一个不可或缺的电路构成部分。输出变化量与一个不变量（基准电压）相比较，才能形成控制信号，使变化量回复至可控范围以内。这如同以“海平面作为海拔零米”做为高度基准单位，才能恒量某物体的高度，是一个道理。失去了“海拔基准”的参照，个别物体的高、低是无法界定和毫无意义的。

      稳压电路

　　基准电压信号的取得，其最原始电路，即由限流电阻和稳压二极管构成的简单稳压电路，如图1中的方框图所示。

　　图1 简易R、D稳压电路

　　图2 具有电流/功率放大作用的稳压电路

　　图中电路中，因稳压二极管的最大击穿电流值所限，电路的电流输出能力极差，因此一般应用中，常采用如图2所示的，添加电压跟随器，以提升电流/功率输出能力。

 

　　图1电路中，正确选取限流电阻R的阻值，是使稳压电路正常工作的前提。在负载电路空载时，使流过稳压二极管Dz的电流不超过其最大耐受值而损坏；在最大负载时，仍要保障流过Dz的电流超过最小击穿电流值，仍其仍处于击穿工作区。从稳压二极管的安全出发，只要限制其流通电流不超过稳压二极管最大反向耐受电流，电路元件就不会有损坏的危险。稳压二极管的正常工作区，是指在一定的流通电流条件下，工作于其反向击穿状态下。此时在较大的电流变化区域内，其端电压变化值是较微小的，甚至可以忽略不计。

　　稳压二极管代换器件：

　　1）普通二极管（正向导通电压）

　　众所周知，普通二极管和晶体三极管的发射结，有一个门坎导通电压，对硅材料器件，此导通电压约为0.65V左右，随导通电流的变化，此电压变化并不是显著的。因而任何硅材料的普通二极管，均可用作0.6V的稳压二极管，将其正向压降作为稳压值。显然，因普通二极管的工作电流往往数倍于稳压二极管的工作电流，代换后，使功率输出能力增强，稳压区变宽。若需要2.5V的稳压管，将3只普通二极管串取即可。

　　纯粹采用二极管来代用稳压管，若所需稳压值较高，则多只串联尤为不便。这促使我进一步寻找其它的代换器件。

　　2）发光二极管（正向导通电压）

　　发光二极管的正向导通压降约1.7~2V之间，1只可以达到3只二极管的串联值，若需3.5V的稳压管，将其两只串联即能代用了。但要注意发光二极管的工作电流值一般为10~20mA，注意选取R值，使其流过发光二极管的电流不大于20mA。

　　3）晶体三极管的发射结（反向击穿电压）

　　这是较为理想的稳压管替代元件。三极管参数项中，有一项是Vbeo，即发射结反向击穿电压值。记得当时，维修当中急需用到6V稳压管，随手拿起一只3DG6晶体三极管，在基极串入限流电阻后，施加发射结反向电压，测得其稳压值为6V，代替原稳压管，将设备修复。现在应用最多的是90xx系列晶体管，若需要5V稳压管，则可用9013的发射结取代。任意一只三极管的发射结，都有一个较为稳压的击穿电压值，因而实际上，晶体三极管，也同时是稳压二极管代用器件。

　　图3 稳压二极管代用电路

　　4）特定型号的二极管（反向击穿电压）

　　有一次故障检修中，亟需用到110V稳压二极管，手头没有现成的稳压管，用其它串联代用，得用到一大嘟喽儿，不太现实。手头正有高频小功率整流二极管1N4148，串联100k电阻，加入DC500V，一试，IN4148的反向击穿电压值，可不正是110V嘛。普通整流二极管，如IN40xx系列，其反向击穿电压值VRRM为50V、100V、400V、600V，如果对其反向应用，这简单就是系列的稳压二极管啊。

　　如果用心，还可以在其它电子器件中，找到“稳压二极管”的。

　　串联稳压和并联稳压及稳压的实质

　　从稳压元件Dz或电压调整元件VT与负载RL关系的不同，可以分为并联（分流）稳压电路和串联（分压）调稳压电路，两路电路形式，如图4所示。

　　图4 串、并联稳压电路

　　影响Uo电压变化的原因有数种，例如温度变化等，但其中最关键的两条，即输入电压变化和负载电流的变化，影响最为显著。

　　若将负载电路等效为电阻RL，将稳压二极管的内阻变化等效为RDz（可变电阻），可以推知其稳压过程是这样的：

　　（a）电路为并联稳压电路，Dz与RL成并联分流关系。

　　当RL固定不变，只有输入电压变化（例如升高）时，为了维持Uo不变，此时RDz的电阻值往小处变化，对供电电流的分流能力增强，以使Uo回落，保持原值不变；www.diangon.com

　　当输入电压不变，负载电阻RL变化时（例如变小），负载电流的增大使Uo有低落的趋势，此时RDz的电阻值增大，分流减小，使Uo上升至原值。

　　（b）电路为串联稳压电路，VT与RL成串联关系。

　　仅以输入电压不变，负载变化时的稳压控制过程进行简要分析。

　　当负载电流上升，亦即RL变小时，显然，此时RVT的电阻值只有同比例变小，才能维持原分压值不变；同理，当RL变大时，RVT亦同时按比例变大，才能维持Uo的恒定不变。

　　可见，无论是串联稳压或是并联稳压，无论是输入电压变化或是负载电流变化时，稳压元件或稳压调整元件只有做出同步的电阻/电流变化，才能维持输出Uo不变。稳压调整元件在此充当的是可变电阻器的角色。换句话说，是稳压元件或电压调整元件同步调整了回路电流的变化，来维持输出电压的不变。是利用变流调整来实现的稳压控制。

　　线性稳压电路的缺点，是调整元件本身的功耗较大，即存在有端电压同时又流过大部或全部的负载电流。有时，调整元件本身的功耗会超过负载电路的功耗，致使效率低下。由于这个致使弱点的存在，导致了开关型DC-DC转换电源的现身，开关电源取代线性电源的时代就要来到了。

　 稳压二极管的特性

　　稳压二极管通常是工作在反向击穿状态。

　　稳压二极管的正向特性和普通二极管差不多。

　　其反向特性是在反向电压低于反向击穿电压时，反向电阻很大，反向漏电流极小。但是，当反向电压临近反向电压的临界值时，反向电流骤然增大，称为击穿，在这一临界击穿点上，反向电阻骤然降至很小值。

　　尽管电流在很大的范围内变化，而二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电压附近，从而实现了二极管的稳压功能。

　　下图为稳压二极管的伏安特性曲线