1.4 硅稳压二极管及其稳压电路
简述稳压二极管的稳压原理
简述稳压二极管的稳压原理稳压二极管是一种常用的电子元件，用于稳定电压并保持电路中的电压恒定。
它通过利用二极管的特性来实现电压稳定。
稳压二极管通常由硅材料或砷化镓材料制成，其中最常见的是硅稳压二极管。
本文将简要介绍稳压二极管的稳压原理。
稳压二极管的稳压原理是基于其反向击穿电压的特性。
反向击穿电压是指当反向电压超过稳压二极管的额定值时，二极管将开始导通，从而阻止进一步增加反向电压。
稳压二极管通常具有非常高的阻抗，因此在正向工作区域时，电流非常小，可以忽略不计。
但是，一旦反向电压超过稳压二极管的额定值，电流会迅速增加，使二极管处于导通状态。
稳压二极管的稳压原理可以通过一个简单的示例来说明。
假设我们有一个电路，电源的电压波动范围为10V到15V，我们想要在电路中保持一个恒定的电压，例如12V。
我们可以将稳压二极管连接在电路中，使其工作在反向击穿电压为12V的范围内。
当电源电压低于12V时，稳压二极管处于截止状态，没有电流通过。
当电源电压高于12V时，稳压二极管开始导通，阻止电流继续增加，从而保持电路中的电压稳定在12V。
稳压二极管的稳压原理可以进一步解释为，当电源电压超过稳压二极管的反向击穿电压时，二极管开始导通，形成一个低阻抗通路，使过多的电流通过。
这样，稳压二极管会吸收多余的电流，将其转化为热能，从而保持电路中的电压稳定。
稳压二极管的稳压原理还可以通过Zener二极管的IV特性曲线来解释。
Zener二极管是一种特殊的稳压二极管，其工作在反向击穿电压范围内。
在这个范围内，Zener二极管的IV特性曲线近似为一条直线，即使电流变化很大，电压也保持稳定。
这是因为Zener二极管的结构使得它具有特殊的电压响应特性，可以有效地稳定电压。
总结起来，稳压二极管的稳压原理是通过利用反向击穿电压的特性，在电路中保持恒定的电压。
当电源电压超过稳压二极管的反向击穿电压时，二极管开始导通，吸收多余的电流，将其转化为热能，从而保持电路中的电压稳定。
并联型稳压电路
2.三端固定负输出集成稳压器 国标型号:CW79--/CW79M--/CW79L--
3.三端可调正输出集成稳压器 国标型号:CW117--/CW117M--/CW117LCW217--/CW217M--/CW217L– CW317--/CW317M--/CW317L--
串联稳压电路适合单片集成电路制造, 相应的集成电路产品称 为单片集成线性稳压器, 简称集成稳压器。
只有3个引出端的集成稳压器称为三端稳压器, 3个引出端分别 是输入电压端、输出电压端和公共端或调整端。
输出电压固定的是三端固定稳压器, 输出电压可调的是三端可 调稳压器。
图2 三端稳压器封装和框图
1.三端集成稳压器的分类
1. 电路组成
下图所示的是硅稳压管稳压电路, 电路中的稳压管V并联在负载RL 两端, 所以这是一个并联型稳压电路。稳压电路的输入电压VI来自整流、 滤波电路的输出电压, 电阻R起限流和分压作用。
2. 工作原理
当任何因素，例如 VI增加，引起输出 电压VO增加时，将 发生下述自动调节 过程:
VI VO 稳压管特性 IZ IZ IO IR IRRVR
4.三端可调负输出集成稳压器 国标型号:CW137--/CW137M--/CW137LCW237--/CW237M--CW237L-CW337--/CW337M--/CW337L--
5.三端低压差集成稳压器 6.大电流三端集成稳压器
2.三端集成稳压器的参数 型号中××代表输出电压的绝对值， 一般为: 5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V
W78×× W78M×× W78L×× W78H××
W79××W79M×× W79L×× W79H××
硅稳压二极管的伏安特性曲线和稳压电路
硅稳压二极管的伏安特性曲线和稳压电路硅稳压管利用特别工艺制成具有稳压作用的特别二极管。
形状与一般二极管基本相同，电路符号有所差别，文字符号用V表示。
硅稳压二极管的伏安特性曲线如图所示，由曲线可以看出：(1)硅稳压二极管的正向特性与一般二极管相同。
(2)反向特性曲线比一般二极管陡峭。
在反向电压较小时，管子只有极微的反向电流。
当反向电流达到某一数值Uw时，管子突然导通，电压即使增加很少也会引起较大电流。
这种现象叫“击穿”，Uw叫击穿电压（即稳压管的稳定电压）。
在反向击穿区，稳压管的电流在很大范围内变化，Uw却基本不变（见曲线AB段），这就是稳压管的稳压作用。
由于稳压管是工作在反向击穿状态，所以接到电路中时应当反接（见图），即稳压管的正极应接被稳定电压的负极；稳压管的负极应接被稳定电压的正极。
假如稳压管的极性接反，不能起到稳压作用，此时稳压管两端的正向电压约为0.7V。
硅稳压管稳压电路如图所示。
图中Ui是需要稳定的直流电压，R是限流电阻，RL是负载电阻。
电路的工作过程如下。
(1)设负载电阻RL固定不变。
当输入电压Ui上升时，流过稳压管的电流将增加，流过限流电阻R的电流也相应地增加，则输出电压（也就是负载两端的电压）U0=Ui - UR就能保持不变。
同理，若输入电压减小，限流电阻上的电压也相应削减，从而保证负载两端的电压仍旧稳定。
(2)设输入电压Ui不变。
当负载电阻削减而使负载电流增加、限流电阻上的压降增大时，输出电压将下降。
但输出电压稍有下降，就会引起流过稳压管的电流下降，从而抵消了负载电流变化在限流电阻上造成的电压变化，保证了输出电压的稳定。
同理，当负载电阻增大时，由于稳压管的稳压作用，也能保证输出电压稳定。
可见，除稳压管起稳压作用外，限流电阻不仅有限流作用，也有调压作用，与稳压管协作共同稳定输出电压。
稳压二极管稳压电路
稳压二极管稳压电路1、稳压二极管稳压电路的原理硅稳压二极管稳压电路的电路图是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。
图稳压管稳压电路 a.输入电压变化时如何稳压依据电路图可知输入电压VI的增加，必定引起VO的增加，即VZ增加，从而使IZ 增加，IR增加，使VR增加，从而使输出电压VO减小。
这一稳压过程可概括如下：VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓这里VO减小应理解为，由于输入电压VI的增加，在稳压二极管的调整下，使VO的增加没有那么大而已。
VO还是要增加一点的，这是一个有差调整系统。
b负载电流变化时如何稳压负载电流IO的增加，必定引起IR的增加，即VR增加，从而使VZ=VO 减小，IZ减小。
IZ的减小必定使IR减小，VR减小，从而使输出电压=VO增加。
这一稳压过程可概括如下：IO↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑2、稳压电阻的计算稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻R的阻值大小有关。
稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大，稳压性能越好。
a.当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。
此时IZ不应小于IZmin，由此计算出来稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。
即b.当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大。
此时IZ不应超过IZmax，由此可计算出来稳压电阻的最小值。
即稳压二极管在使用时，肯定要串入限流电阻，不能使它的功耗超过规定值，否则会造成损坏！。
硅稳压管稳压电路
硅稳压管稳压电路
一、有“特异功能”的二极管稳压管
一般二极管都是正向导通，反向截止；加在二极管上的反向电压、如果超过二极管的承受能力，二极管就要击穿损毁。
但是有一种二极管，它的正向特性与普通二极管相同，而反向特性却比较特殊：当反向电压加到一定程度时，虽然管子呈现击穿状态，通过较大电流，却不损毁，并且这种现象的重复性很好；反过来着，只要管子处在击穿状态，尽管流过管子的电在变化很大，而管子两端的电压却变化极小起到稳压作用。
这种特殊的二极管叫稳压管。
稳压管的型号有2CW 、2DW 等系列，它的电路符号如图所示。
由硅稳压管组成的简单稳压电路如图5-l9 （a）所示。
硅稳压管DW与负载Rfz ，并联，R1为限流电阻。
这个电路是怎样进行稳压的呢？若电网电压升高，整流电路的输出电压Usr 也随之升高，引起负载电压Usc 升高。
由于稳压管DW与负载Rfz 并联，Usc 只要有根少一点增长，就会使流过稳压管的电流急剧增加，使得I1也增大，限流电阻R1上的电压降增大，从而抵消了Usr 的升高，保持负载电压Usc 基本不变。
反之，若电网电压降低，引起Usr 下降，造成Usc 也下降，则稳压
管中的电流急剧减小，使得I1减小，R1上的压降也减小，从而抵消了Usr 的下降，保持负载电压Usc 基本不变。
稳压二极管稳压电路PPT课件
IOmax
IZ
+
UI
R
IR IDZ
i
O
u
IZ
IZM
+ IO RL uO
IOmin UZ / RLmax
Rmin
UIm ax U Z I ZM IOmin
-
UIm ax U Z R
I O min
I ZM
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-
12
串联型稳压电路的方框图
调整管
+
+
保护
电路
取
UI
比较放 大电路
样 电 RL UO
基准电
路
-
压电路
-
13
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三端稳压器的外形
1端: 输入端
3端: 公共端
123
2端: 输出端
123
1端: 公共端 3端: 输入端 2端: 输出端
W7800系列稳压器外形
W7900系列稳压器外形
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感谢您的观看！
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例2
已知图示电路中，UZ=6V，最 小稳定电流IZmin=5mA，最大
UZ
稳定电流IZmax=25mA，负载电
阻RL=600 Ω，求限流电阻R的
取值范围。 R IR
+
IDZ
IL
△i △u
UI=10V DZ
RL UO
i
O IZ
u DZ
IZM
－
解：
I DZ
IR
IL
UI
UZ R
UZ RL
稳定。
1
硅稳压二极管稳压电路的工作原理
硅稳压二极管稳压电路的工作原理
硅稳压二极管（也称为稳压二极管或Zener二极管）是一种特
殊的二极管，它能够在特定电压下保持稳定的反向电压。
稳压电路通过将硅稳压二极管连接在逆向偏置模式下来实现稳压功能。
工作原理如下：
1. 硅稳压二极管具有一个固定的突破电压，称为稳定电压Vz。
当反向电压超过稳定电压时，硅稳压二极管开始导通电流。
2. 稳压电路将正极连接到稳压二极管的正向端，负极连接到稳压二极管的反向端。
这样当电路中的电压超过稳定电压时，稳压二极管开始导通，形成一条绕过负载的反向通路，以保持负载端的电压稳定。
3. 负载连接在稳压二极管的反向端，通过稳压二极管提供稳定的电压。
当电流流过负载时，稳压二极管将自动调整电流以保持负载端的电压不变。
总的来说，硅稳压二极管稳压电路通过将稳压二极管连接在反向偏置模式下，利用其特殊的电压-电流特性来实现对负载端
电压的稳定控制。
10第三节硅稳压管稳压电路11443-PPT文档资料
2. 当电网电压最低和负载电流最大时, I Z 的值最小： UImax - UZ - I Lmax > I Zmin R
9
UImax - UZ R< IZmin + ILmax
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第三节 硅稳压管稳压电路
[例10.5.1] 图示硅稳压管稳压电路中，设稳压管的UZ =6V, IZmax = 40mA，IZmin = 5mA ，UImax = 15V ， UImin = 12V ; RLmax = 600Ω ， RLmin = 300Ω 。给定当 IZ由 IZmax变到 IZmin ， UZ的变化量为0.35V。 （1）试选择限流电阻R； （2）估算在上述条件下的输出电阻和稳压系数。
1 26 R ( ) 2 4 0 0 . 0 0 50 . 0 2
可取R=200Ω。电阻上消耗的功率为：
2 ( 1 5 6 ) P [ ] W 0 . 0 4 W R 2 0 0
可选200Ω，1W的碳膜电阻。
11
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首页
第三节 硅稳压管稳压电路
U 0 . 3 5 Z （ 2） r ( ) 1 0 Z I Z 0 . 0 40 . 0 0 5
R r 1 0 o Z
估算稳压系数是，取UI=0.5（15+12）V=13.5V,则
r 1 01 3 . 5 ZU I S 0 . 1 1 = 1 1 % r R U 0 06 O 2
硅稳压管稳压电路的缺点： 输出电压由稳压管的型号决定，不可随意调节； 电网电压和负载电流变化范围较大时，电路将不能适应。 为改进以上缺点，可以采用串联型直流稳压电路。
IR
+ UI R IZ IL
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第1章 半导体二极管和晶体管
HIT
2013.03
例1.4：在图1.1.3中，设UI=15V，波动范围为10%，稳压管 的VZ=10V，输出电流IO介于4～8mA之间。试选择稳压管并 计算电阻R。 解：
1. 选工作电压等于10V的稳压管；
2. 确定稳压管的工作电流应大于
I / mA
VZ VZ
IZMIN
10
IZ
IZMAX
4
O
0.4
5 死区
Si
0.8 1.2
U/V
第1章 半导体二极管和晶体管
HIT
2013.03
(4) 最大稳定工作电流 IZMAX 和最小稳定工作 电流IZMIN —————
稳压管的最大稳定工作电流
取决于最大耗散功率，即
IZMAX = PZM/VZ 而IZMIN对应VZMIN，即反向特性曲 线刚刚击穿处对应的IZ 。若IZ＜ IZMIN则不能稳压。
IR
IO
+
R VD Z
+
UI
RL UO
_
IZ
_
图 1.4.3 稳压二极管稳压电路
设UI ↑，在稳压电路 还没有来得及调节之前，
UO=VZ↑，于是IZ↑，根据 IR= IZ+ IO ，所以 IR ↑，于是在电阻R上的 压降增加IR R↑。
根据UI= IR R+ UO ， 若UI ↑，由于IR R↑，可使 UO=VZ基本不变。显然稳 压二极管击穿特性越陡直
，稳压性能越好。
第1章 半导体二极管和晶体管
HIT
2013.03
2. 若负载电流Io变化，输入电压UI 不变：
设IO↑，根据 IR= IZ+ IO，于是IR ↑，电阻上的压降增加 IRR↑，输出电压下降UO=VZ↓，导致电流IZ ↓，故总电流下降
IR↓，电阻上的压降下降IRR↓，根据
IR
IO
UI= IRR +UO 输出电压有所上升
I / mA
VZ VZ
IZMIN
10
IZ
IZMAX
4
O
0.4
5 死区
Si
0.8 1.2
U/V
第1章 半导体二极管和晶体管
HIT
2013.03
(5) 稳定电压VZ的温度系数——VZ
温度的变化将使VZ改变，在稳压管中当VZ ＞7 V
时，ＶZ具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿。 当ＶZ＜4 V时， ＶZ具有负温度系数，反向击穿是
齐纳击穿。
当4 V＜ＶZ ＜7 V时，正、负温度系数在某一点上
互相抵消，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的
稳压二极管可以作为标准稳压管使用，提供十分稳定的
直流电压。
第1章 半导体二极管和晶体管
HIT
2013.03
1
1
2
3 2
图 1.4.2 带温度补偿的硅稳压二极管
也可以利用稳压二极管的雪崩击穿， ＶZ具有正温度 系数；稳压二极管的正向压降ＶD具有负温度系数，一正
第一因IO增加，会使IZ减小(或反之)，以使IR趋于不变， 所以，有 IO IZ 。考虑到负载开路时负载电流将全部流 入稳压管，故选取稳压管的电流的Izmax≥IOmax+Izmin。
第二，当输入电压变化10%时，最不利的情况是输出 电流最小，稳压管电流最大时，若输入电压从UI变化到 1.1UI，稳压管电流有可能超出Izmax；当输出电流最大，稳压 管电流最小时，若输入电压从UI变化到0.9UI，稳压管的电流 有可能小于Izmin。可以将稳压管的电流选大10%，并留有一 些余量，按增加20%选稳压管。
(1) 稳定电压VZ ——
在规定的稳压管反向工作电流
I / mA IZ下，所对应的反向工作电压。
VZ VZ
IZMIN
10
IZ
IZMAX
4
O
0.4
5 死区
Si
0.8 1.2
U/V
图1.４.1 稳压二极管的伏安特性曲线
第1章 半导体二极管和晶体管
HIT
2013.03
(2) 动态电阻rZ ——
其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压 二极管的动态电阻是从它的反向特性曲线上求取的。 rZ 愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。
IZmax≥IOmax+IZmin=8+4=12mA，稳压管的Izmin一般取 3~4mA；
3. 再增加20%，选IZmax≥15mA。 验算：
第1章 半导体二极管和晶体管
HIT
2013.03
因负载电流变化范围4～8mA，选稳压管的中心工作电流 (IZmax+IZmin)/2= (15+4)/2 ）10mA，对应负பைடு நூலகம்的中心电流 (4+8)/26mA。所以稳压管工作电流和负载电流变化的对应关系
一反串联起来稳压二极管可以获得接近零的温度系数。
第1章 半导体二极管和晶体管
HIT
2013.03
1.４.2 稳压二极管稳压电路
稳压二极管组成的稳压电路如图1.4.3所示，该电路 的稳压二极管与负载并联，在需要稳压的输入电压UI与 负载RL之间串联一个起调节电压降作用的稳压电阻R ， 该电阻同时起限流保护稳压二极管的作用。
rZ =VZ /IZ
I / mA
VZ VZ
IZMIN
10
IZ
IZMAX
4
O
0.4
5 死区
Si
0.8 1.2
U/V
第1章 半导体二极管和晶体管
HIT
2013.03
稳压管的最大功率损耗取决于 (3) 最大耗散功率 PZM ——PN结的面积和散热等条件。反向
工作时PN结的功率损耗为
PZM= VZ IZMAX
1.4 硅稳压二极管 及其稳压电路
1.４.1 稳压二极管的主要参数 1.４.2 稳压二极管稳压电路
第1章 半导体二极管和晶体管
HIT
2013.03
1.４.1 稳压二极管的主要参数
硅二极管反向击穿时，其反向击穿特性十分陡直，利 用这个 特点可以制作稳压二极管。当稳压管的反向击穿电 流在一定范围内变化时，反向击穿电压UBR基本不变。从 稳压二极管的伏安特性曲线可以确定它的一些参数。
+
R VD Z
+ UO↑，使输出电压基本 稳定。
UI
RL UO
_
IZ
_
图 1.4.3 稳压二极管稳压电路
第1章 半导体二极管和晶体管
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2013.03
稳压电路适合小电流，且电流变化不大的场合，在简单 设计图1.1.3的稳压电路时，如果已知输出电压、输入电压和 负载电流的变化范围，应如何选取稳压管和稳压电阻R的数 值。基本原则是：
IR
IO
由图1.4.3可知
+ UI
R VD Z
+ RL UO
UI= IRR+ UO
_
IZ
_
IR= IZ+ IO
图 1.4.3 稳压二极管稳压电路
第1章 半导体二极管和晶体管
HIT
2013.03
引起稳压电路输出电压变化的因素，主要是输入电压
UI的变化和负载电流IO的变化，(即负载电阻RL改变)。
1. 若输入电压UI 发生变化，负载电流Io不变：