电路基础与集成电子技术-4.4__硅稳压二极管及其稳压电路

1、第第4章章 半导体二极管和晶体管半导体二极管和晶体管 2010.024.4 硅稳压二极管硅稳压二极管 及其稳压电路及其稳压电路 4.4.1 稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数4.4.2 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路第第4章章 半导体二极管和晶体管半导体二极管和晶体管 2010.02 利用硅二极管反向击穿十分陡直，可以制作稳压二极利用硅二极管反向击穿十分陡直，可以制作稳压二极管，管，从稳压二极管的伏安特性曲线可确定它的一些参数。从稳压二极管的伏安特性曲线可确定它的一些参数。 (1) 稳定电压稳定电压VZ 在规定的稳压管反向工作电流在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电

2、压。下，所对应的反向工作电压。4.4.1 稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数图图4.4.1 稳压二极管的伏安特性曲线稳压二极管的伏安特性曲线 第第4章章 半导体二极管和晶体管半导体二极管和晶体管 2010.02(2) 动态电阻动态电阻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。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。愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。 rZ = UZ / IZ第第4章章 半导体二极管和晶体管半导体二极管和晶体管 2010.02 (3)

3、(3) 最大耗散功率最大耗散功率 PZM 稳压管的最大功率损耗取决于稳压管的最大功率损耗取决于PN结的面积和散热等条件。反向结的面积和散热等条件。反向工作时工作时PN结的功率损耗为结的功率损耗为 PZM= UZ IZMAX第第4章章 半导体二极管和晶体管半导体二极管和晶体管 2010.02 (4) (4) 最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZMAX 和最小稳定工作和最小稳定工作 电流电流IZMIN 稳压管的最大稳定工作电流稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即取决于最大耗散功率，即 IZMAX = PZM/UZ而而IZMIN对应对应UZMIN，即反向特性曲，即反向特性曲线刚刚击穿处对

4、应的线刚刚击穿处对应的IZ 。若。若IZIZMIN则不能稳压。则不能稳压。第第4章章 半导体二极管和晶体管半导体二极管和晶体管 2010.02(5) 稳定电压稳定电压U UZ Z的温度系数的温度系数 UZ 温度的变化将使温度的变化将使UZ改变，在稳压管中当改变，在稳压管中当 UZ 7 V时，时，UZ具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿。具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿。 当当 UZ 4 V时，时， UZ具有负温度系数，反向击穿是具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿。齐纳击穿。 当当4 V UZ 7 V时，正、负温度系数在某一点上时，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

5、。这样的互相抵消，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。直流电压。第第4章章 半导体二极管和晶体管半导体二极管和晶体管 2010.0212312 图图 4.4.2 带温度补偿的硅稳压二极管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，也可以利用稳压二极管的雪崩击穿， UZ具有正温度具有正温度系数；稳压二极管的正向压降系数；稳压二极管的正向压降UD具有负温度系数，一正具有负温度系数，一正一反串联起来稳压二极管可以获得接近零的温度系数。一反串联起来稳压二极管可以获得接近零的温度系数

6、。 第第4章章 半导体二极管和晶体管半导体二极管和晶体管 2010.02 稳压二极管稳压电路中，稳压二极管与负载并联，稳压二极管稳压电路中，稳压二极管与负载并联，在输入电压在输入电压UI与负载与负载RL之间串联一个起调节作用的稳压之间串联一个起调节作用的稳压电阻电阻R ，该电阻同时起，该电阻同时起限流保护稳压二极管的作用。限流保护稳压二极管的作用。 图图 4.4.3 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路4.4.2 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路由由图可知图可知IR= IZ+ IOORIURIU第第4章章 半导体二极管和晶体管半导体二极管和晶体管 2010.02 引起稳压电路输出电压变化的

7、因素，主要是输入电压引起稳压电路输出电压变化的因素，主要是输入电压UI的变化和负载电流的变化和负载电流IO的变化，的变化，(即负载电阻即负载电阻RL改变改变)。 图图 4.4.3 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路1. 若输入电压若输入电压UI 发生变化，负载电流发生变化，负载电流Io不变：不变： 设设UI UO=VZ， 于是于是IZ，因，因 IR= IZ+ IO 故故IR IR RUO 第第4章章 半导体二极管和晶体管半导体二极管和晶体管 2010.022. 若负载电流若负载电流Io变化，输入电压变化，输入电压UI 不变：不变： 图图 4.4.3 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路 设设

8、IO，由，由IR= IZ+ IO ，可知，可知IR IRRUO=VZ，导致，导致电流电流IZ IRIRR，根据，根据UI= IRR +UO，输出电压有所上升，输出电压有所上升 UO，使输出电压基本稳定。，使输出电压基本稳定。 第第4章章 半导体二极管和晶体管半导体二极管和晶体管 2010.02 第二，当输入电压变化第二，当输入电压变化 10%时，考虑稳压管电流不超时，考虑稳压管电流不超出上下限。最不利的情况是出上下限。最不利的情况是IOmin， Izmax时，若输入电压又变时，若输入电压又变化到化到1.1UI，Iz有可能超出有可能超出Izmax；当；当IOmax， Izmin时，若输入电时，若

9、输入电压又变化到压又变化到0.9UI，稳压管的电流有可能小于，稳压管的电流有可能小于Izmin。可以将稳。可以将稳压管的电流选大压管的电流选大10%，并留有一些余量，按增加，并留有一些余量，按增加20%选稳压选稳压管。管。 稳压电路适合小电流，且电流变化不大的场合。在简单稳压电路适合小电流，且电流变化不大的场合。在简单设计图设计图4.4.3的稳压电路时，如已知的稳压电路时，如已知UO、 UI和和IO的变化范围，的变化范围，应如何选取稳压管和稳压电阻应如何选取稳压管和稳压电阻R的数值。基本原则是：的数值。基本原则是：第三是选取稳压管的稳定电压等于输出电压的数值。第三是选取稳压管的稳定电压等于输出

10、电压的数值。ZOII 第一因第一因IO增加，会使增加，会使IZ减小减小(或反之或反之)，以使，以使IR趋于不变，趋于不变，所以，有所以，有 。考虑到负载开路时负载电流将全部流。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入稳压管，故选取稳压管的电流的IzmaxIOmax+Izmin。第第4章章 半导体二极管和晶体管半导体二极管和晶体管 2010.02例例4.4：在图：在图4.4.3中，设中，设UI=15V，波动范围为，稳压管的，波动范围为，稳压管的VZ=10V，输出电流，输出电流IO介于介于48mA之间。试选择稳压管并计之间。试选择稳压管并计算电阻算电阻R。解：解：1. 选工

11、作电压等于选工作电压等于10V的稳压管；的稳压管；2. 确定稳压管的工作电流应大于确定稳压管的工作电流应大于 IZmaxIOmax+IZmin=8+4=12mA，稳压管的，稳压管的Izmin一般取一般取 34mA；3. 再增加再增加20%，选，选IZmax15mA。验算：验算： 第第4章章 半导体二极管和晶体管半导体二极管和晶体管 2010.02 因负载电流变化范围因负载电流变化范围48mA，选稳压管的中心工作电流，选稳压管的中心工作电流(IZmax+IZmin)/2 10mA，对应负载的中心电流，对应负载的中心电流(4+8)/2 6mA。所以。所以稳压管工作电流和负载电流变化的对应关系稳压管

12、工作电流和负载电流变化的对应关系IO IZ6mA 10mA 4mA 12mA 8mA 8mAIR的中心值的中心值IR= IO + IZ= 10+6=16mA。输入电压与输出电压压差。输入电压与输出电压压差15- -10=5V，所以，所以 5 .312161015ROIIUUR 选接近的标称值选接近的标称值R=300 ，功耗，功耗 P=I2RR=162 10- -6 300=77mW可选可选0.125W的电阻。的电阻。第第4章章 半导体二极管和晶体管半导体二极管和晶体管 2010.02 当输入当输入UI变化变化 10%， UI变化范围变化范围UImax=15 1.1=16.5V、UImin=15 0.9=13.5V，验算电流，验算电流IR的数值的数值 当输入当输入UI=UImax=16.5V，IRmax=21.67mA，若负载电流最小，若负载电流最小，稳压管电流最大，稳压管电流最大 当输入当输入UI=UImin=13.5V，IRmin=11.7mA，若负载电流最大，若负载电流最大，稳压管电流最小，稳压管电流最小ImaxORmax16.5-1021.67mA,300UUIRIminORmin13.5-1011.7mA300UUIR IZmax= IRmax