（一）穩壓二極管工作原理

穩壓二極管的作用：

穩壓二極管也叫穩壓管，它在電路中一般起到穩定電壓的作用，也可以為電路提供基準電壓值。

穩壓二極管的工作原理:

穩壓二極管使用特殊工藝制造，這種工藝使它在反向擊穿時(shí)仍然可以長(cháng)時(shí)間穩定工作，不損壞，而工作在反向擊穿狀態(tài)的穩壓管只要工作電流保持在一定范圍，則它兩端電壓波動(dòng)的范圍就很小，穩壓管正是利用這個(gè)特性實(shí)現穩壓的。

圖1是穩壓管伏安特性曲線(xiàn)，在正常穩壓工作狀態(tài)下，穩壓管就工作在圖中AB這段區間。

（二）穩壓二極管重要參數意義

穩壓二極管重要參數：

1， 穩定電壓

穩定電壓是指標稱(chēng)穩定電壓，理想穩壓管的穩壓值是一個(gè)固定的電壓數值，但實(shí)際真實(shí)穩壓管的穩定電壓會(huì )在一定范圍波動(dòng)，有些型號的穩壓管應用手冊中會(huì )給出標稱(chēng)穩定電壓值，最小穩定電壓值和最大穩定電壓值，但也有些手冊中只給出標稱(chēng)穩定電壓值。

圖2所示是穩壓管1N4733A-G的應用手冊中給出的穩定電壓值。

2， 最大耗散功率

最大耗散功率是指可以穩定工作的最大功率值，在工作電路中穩壓管的功率不應超過(guò)這個(gè)值。

圖3所示是穩壓管1N47XXA-G的應用手冊中給出的最大耗散功率值。

3， 額定工作電流（IZT）

額定工作電流是指穩壓管可以長(cháng)時(shí)間穩定工作，并且穩壓性能最好時(shí)對應的工作電流值。

圖4所示是穩壓管1N4733A-G的應用手冊中給出的額定工作電流。

4， 最小穩定工作電流

最小穩定工作電流是指可以使穩壓管具有穩壓功能的最小工作電流，如果穩壓管電流小于這個(gè)值，會(huì )進(jìn)入反向截止區，在反向截止區穩壓管是沒(méi)有穩壓功能的。

圖5所示是穩壓管1N4733A-G的應用手冊中給出的最小穩定工作電流，1毫安。

5， 最大穩定工作電流

最大穩定工作電流是指可以使穩壓管具有穩壓功能的最大工作電流，如果超過(guò)這個(gè)電流，會(huì )導致穩壓管損壞。有些穩壓管的應用手冊中并沒(méi)有給出最大穩定工作電流，這是因為這個(gè)參數可以由標稱(chēng)穩定電壓和最大耗散功率兩個(gè)參數得出。

6， 動(dòng)態(tài)電阻

穩壓管的動(dòng)態(tài)電阻等于電壓變化與電流變化的比值。動(dòng)態(tài)電阻越小穩壓效果越好，這是因為動(dòng)態(tài)電阻小，則相同電流變化引起的電壓變化就越小，所以電壓就越穩定。從穩壓管的反向伏安特性可以看出，穩壓管的工作電流越接近最大穩定工作電流則動(dòng)態(tài)電阻越小，越接近最小工作電流則動(dòng)態(tài)電阻越大。所以穩壓管工作電流接近最大穩定工作電流時(shí)穩壓效果才好。

圖6所示是穩壓管1N4733A-G的應用手冊中給出的動(dòng)態(tài)電阻。

（三）穩壓二極管穩壓原理的定性分析

穩壓管在電路應用中一般要串聯(lián)一個(gè)限流電阻，用來(lái)保護穩壓管，避免工作電流過(guò)大導致?lián)p壞，另外通過(guò)選定合理的限流電阻值，也可以避免穩壓管工作電流過(guò)小而進(jìn)入反向截止區，失去穩壓效果。所以說(shuō)這個(gè)限流電阻R即起到保護作用，也起到設定合適工作電流的作用。下圖7是穩壓二極管的典型應用電路：

對于圖7中典型穩壓電路的穩壓過(guò)程我們先進(jìn)行一下定性分析，從圖中我們容易看出，在限流電阻值固定的情況下，能影響到穩壓管工作電流的因素有兩個(gè)，一是輸入端電壓UI的波動(dòng)，另一個(gè)是負載電阻RL大小的變化?，F在我們假設一種情況：即輸入電壓UI不變，但負載電阻RL變小時(shí)是如何穩壓的。

由于負載電阻RL變小會(huì )直接導致負載通路的電流IR變大，所以流過(guò)限流電阻的電流IR會(huì )增大，導致限流電阻壓降增大，所以穩壓管兩端電壓（即負載電阻兩端電壓UO）變小，導致穩壓管電流IDZ減小，這又會(huì )引起限流電阻電流減小，所以限流電阻電壓當然也會(huì )隨之減小，最終導致穩壓管電壓又增大，即負載電阻兩端電壓增大。這個(gè)過(guò)程的核心是穩壓管端電壓變小導致穩壓電流減小，從而把穩壓管兩端電壓又重新推高。具體變化過(guò)程如下圖8所示：

另外，如果假設負載電阻不變，而輸入電壓增大或減小，則穩壓過(guò)程的推導與上述類(lèi)似，這里就不再贅述了。

（四）穩壓二極管典型電路限流電阻計算

下面我們針對這個(gè)典型穩壓電路的一組數據，計算限流電阻的阻值。具體參數如下：

電源電壓波動(dòng)范圍：13~15V

負載電阻變化范圍：300~500Ω

穩壓管工作電流范圍：5~40ma

穩壓管工作電壓：6V

對于限流電阻的阻值我們首先要知道，它即不能過(guò)大，也不能過(guò)小，過(guò)大會(huì )導致穩壓管電流過(guò)大損壞，過(guò)小會(huì )導致穩壓管位于反向截止區而不能進(jìn)入穩壓工作狀態(tài)。所以這個(gè)限流電阻就會(huì )存在一個(gè)上限值和一個(gè)下限值，導致穩壓管分別工作于最小和最大電流兩種極限狀態(tài)，這兩種狀態(tài)是由于電源電壓波動(dòng)和負載電阻變化引起的，所以根據之前的定性分析，我們可以比較容易的分析出這兩種狀態(tài)的情況，如下表所示：

可以看到，在情況2的狀態(tài)下，當負載電阻值最大時(shí)，負載通路的電流相對最小，而此時(shí)電源電壓卻最大，這兩個(gè)因素共同作用于穩壓管上，導致穩壓管電流最大。這種情況就類(lèi)似于下圖9中所示的水庫泄洪情況：

圖9中副閘門(mén)的作用是配合主閘門(mén)控制水位并在適當的時(shí)候保護主閘門(mén)，避免主閘門(mén)承受過(guò)大的水壓。當上游來(lái)水量增加時(shí)，如果同時(shí)主閘門(mén)把開(kāi)口關(guān)到最小，這兩個(gè)條件同時(shí)發(fā)生時(shí)副閘門(mén)就會(huì )面臨水流最大的極限情況。這里水庫的模型與穩壓電路有如下對應關(guān)系：

主閘門(mén) --> 負載電阻

副閘門(mén) --> 穩壓管

上游水量增加 --> 電源電壓增加

主閘門(mén)開(kāi)口關(guān)小 --> 負載電阻增加

副閘門(mén)水量最大 --> 穩壓管電流最大

從上述關(guān)系中，我們可以計算出當穩壓管工作電流最小時(shí)，輸入電壓最小，負載電流最大，此時(shí)對應的限流電阻值最大：

同理也很容易計算出限流電阻最小值為180Ω，我們可以取中間值220Ω的電阻（標準阻值中沒(méi)有230Ω的電阻）。

（五）總結

穩壓管在使用中要注意以下問(wèn)題：

1， 穩壓管使用時(shí)要串聯(lián)一個(gè)限流電阻，用來(lái)保護穩壓管并設定其工作電流。

2， 實(shí)際穩壓管的穩定電壓值是一個(gè)范圍，同一批穩壓管的實(shí)際穩壓值可能會(huì )存在差異，但不會(huì )和標稱(chēng)穩壓值差太多。

3， 穩壓管可以串聯(lián)使用，串聯(lián)有四種不同接法，不同接法的穩壓數值也各不相同。一般不并聯(lián)使用。

4， 為了使穩壓效果更穩定，需要使穩壓管工作在中度偏深的擊穿狀態(tài)，所以輸入的電壓值最好是2到3倍的穩定電壓值，即Uin=2~3（UZD

），比如如果要使電壓穩定在12伏，而輸入電壓是18伏，雖然可以穩壓，但是穩壓管處在淺度擊穿狀態(tài)，穩壓效果并不好。

5， 穩壓管工作狀態(tài)電流值不高，比如上述的1N47XXA系列最高也不到100ma，所以不適用于大功率的場(chǎng)合。

6， 穩壓管的穩定電壓有一定范圍，在要求高精度電壓的場(chǎng)合并不適用，這時(shí)可以使用專(zhuān)用的穩壓模塊代替。