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稳压二极管稳压原理简介

稳压二极管,又叫齐纳二极管,简称稳压管,是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管。

它的伏安特性与其他二极管类似,如下图。稳压二极管与其他二极管不同的是,它工作在反向击穿区域。

由图中可以看出:

稳压管在反向击穿时,在一定的电流范围内(或者说在一定功率损耗范围内),端电压几乎不变,表现出稳压特性:如上图所示,当电流IZ上下波动时,端电压UZ几乎维持在一条垂直线上。

稳压二极管的作用就是稳定电压,常用来保护或限制电压等。因此稳压二极管常被作为稳压器或电压基准元件使用。

简单稳压电路的稳压原理

应用稳压二极管进行稳压的常见简单电路如下,此电路保持输出电压Uo稳定。

本电路有方程如下:

基于上面两个方程,其稳压过程分析如下:

UI波动或RL变化时,如果输入电压UI上升(或RL增加)导致输出电压Uo上升时,则稳压过程如下,可以看到其中对于Uo存在一对相反的变化,可互相抵消或者极大削弱Uo的变化,起到稳定Uo的作用。

反之亦然:当UI降低或RL减少时,导致输出电压Uo下降时,其他量的变化与上面过程相反,因此对于Uo同样存在一对相反的变化,起到稳压的作用。


理解上面分析过程的关键就是,当Uo上升或下降时,因为稳压管两端电压UZ=Uo,所以此时UZ也随之波动,那么根据稳压二极管的特性(见上面伏安特性曲线图)即可知道,此时IDZ会剧烈增加或减少,从而导致后续的连锁反应,使得Uo趋于稳定。

稳压过程的相反变化真的能完全相互抵消么?

基本上不能完全抵消;同样稳压二极管的稳压特性也并非是一条绝对的垂直直线,因此随着外界的变化导致其流过的电流变化时,对应的电压也多少有一点波动,只是很小而已。

我们可以搭一个实际电路做实验来测量验证,也可以通过各种电路仿真软件来模拟,如下两图。



从Proteus软件里的仿真结果可以看出,输入电压V1波动、负载RL变化时,输出电压Uo基本稳定在9V,不过多少有一点浮动。