分析稳压二极管的工作原理及其限流电阻的公式推导

分析稳压二极管的工作原理及其限流电阻的公式推导一、二极管主要参数在实际应用中选择适当的二极管对电路的设计很重要，不同用途的二极管有不同的结构，有不同的参数要求：不同用途的二极管对二极管参数的要求也不同。二极管的主要参数如下：1、 最大整流电流；二极管的最大整流电流是指在规定测试温度下，二极管允许通过的最大平均大流。二极管在正常工作时，平均工作电流不应超过此值，二则会损坏二极管。2、 最大反向峰值电压：最大反向峰值电压是指在二极管工作时允许承受的最大反向电压3、 最大正向浪涌电流：最大正想浪涌电流时二极管允许流过的过量的正向电流，表示二极管承受非正常工作电流（浪涌电流不是经常出现，只是偶然出现）的能力。一般测试时，规定一个50Hz的浪涌电流。4、 反向电流：指二极管在未击穿是的反向电流（后续会介绍），一般规定在是温度25°C时进行测试。5、 反向恢复时间：当二极管两端电压从正向电压变为反向电压时，理想情况是电流能瞬时截止，但是实际要延迟一段时间，这段时间久成为反向恢复时间。不同用途的二极管对各种参数的要求不同，表（1-1）和表（1-2）列出了二极管的参数，以供参考HWwJHWwJI勺种类I勺种类er有各种类有很多，出了普通E|途的二级管，如稳压管要介绍的是在电路中最极管及其工作原理8忡外，还有利用特殊工艺制造的具光敏种—一极管，发光二极管等。工稳压极管1*击穿有各种类有很多，出了普通E|途的二级管，如稳压管要介绍的是在电路中最极管及其工作原理8忡外，还有利用特殊工艺制造的具光敏种—一极管，发光二极管等。工稳压极管1*击穿一特稳定道，二极管加反响f流迅速增加，但是.工艺制造的。稳1到UBR,则二极管会产生击穿。艮小。稳压就是根据PN结的这-pT诺"匚一E・<>lrr・1■EIfk■-rWMC-，c-■44乂•D■■©GO■,使用稳压管可以提供一个较为固定的tf稳压管的图形符号和伏安特性曲线如图1所示由图1可知，稳压管在伏安特性的击穿区间电流变化很大，而稳压管上的电压变化很小。稳压管工作时，应加上反向击穿电压，流过稳压管的电流时反向电流，在击穿区域的反向电流较大，因此稳压管在击穿区的交流电阻很小，大约为几欧到几十欧，有时可近似为零。使用稳压管时，TOC\o"1-5"\h\z一定要有限流电阻，否则稳压管会因电流过大而发 "生热击穿。 a稳压电路的组成及作用：为了消除由于电网电 …压的波动及负载的变化引起的输出直流电压不稳定，必须在整流滤波后解稳压电路。稳压电分为两类，一类是自动调节部分与输出部分并联，另一类则与输出部分串联。其中，稳压二极管在稳压电路起到不可替代的作用。图2所示为一个典型的由稳压管和电阻组成的稳压电路。在图2中，R为限流电阻，Vs为稳压管，R0为跟流电阻RTOC\o"1-5"\h\z负载电阻。当输入电压Ui变化时，电路可以经过一个 「自动调节的过程使负载电阻上的电压（输出电压Uo） 十 <L基本不变。若家电股ui升高，则有以下调节的过程： knUi上升使输出电压Uo有上升的趋势，使稳压管 卜Vs上的反向电压升高，稳压管的电流Iz迅速增加， o 这是R上的电流增加，使R上的压降增加，因Uo=Ui-Ur，Uo有下降趋势，故Uo基本不变，此电路工作的实质是将输入电压的变化转化为电阻R上电压变化，而使输出电压变化不大。要使电路正常工作，稳压管的电流要限制在一定范围之内，即在Imin和Imax之间（稳压管电流小于最小电流时，不能起到稳压作用；稳压管电流大于最大值时，稳压管有可能烧毁）。稳压管工作时的消耗一定要确保小于额定值。对图2可以写出两个特殊情况下的表达式：当负载电流最小（即IL=ILmin）且输入电压最大（Ui=Umax）时，Iz最大，即Is=Imax；当负载电流最大时（即1广1血田）且输入电压最小（即Ui=Umax）时，Iz最小，即Iz=Izmin。在这两种情况下R的表达式分别如下：Iz最大时 R=（Uimax-Uz）/（—・） （卜12）Iz最小时 R=（Uimin-Uz）/（Izmin+ILmax） （1-13）一般Izmin取值为0.1Izm破（若元件参数中提供了具体值，需参考具体值），因此式1-13）可以写为 R=（Uimax-Uz）/（0.1Izinax+ILinax） （1-14）式（1-12）和式（1-14）相等，因此有（Uimax-Uz）/（/"■）=（Uimax-Uz）/（O.f）仔15）式（1-15）可以确定使用稳压二极管最大工作电流Izmax，从而可以选用合适功率的稳压管。四、限流电阻顾名思义就是限制电流的电阻，它在电路中的作用主要有两个，一是在确定的电压条件下，使电路中的电流限制在一定数值以下；一是在电压反常（如超压）情况下，对电路主板起着保护作用，即牺牲限流电阻保护主板（相当于保险管的作用）。在稳压电路中，电阻RL是负载电阻，R为稳压调整电阻（也称为限流电阻），D为稳

压管。按稳压电路设计准则，在输入电压基本不变时，RL变小时，流过RL的电流增加，但流过D的电流却减少。怎样计算稳压二极管的限流电阻？限流电阻下图电路中，稳压二极管负起调节作用，当负载电流减少时，限流电阻两端电压降便下降，输出电压上升，即相对地加大稳压二极管的反向电压，稳压电流IZ上升，使IRS亦上升，限流电阻RS的降压便上升，输出电压下降，结果输出电压保持不变。缺点是不能获得较大输出电流。限流电阻电压调节百分比：%V.R电压的稳定程度，比数愈低愈好，当直流电压输入VS或负载电流IL变动,其输出Vo可以保持在一定范围内不变。%V.R=[(VNL-VFL)/VFL]x100%Vnl：无负载时的电压输出VFL：满载时的电压输出限流电阻的计算限流电阻(RS): (1)提供VZ之工作电流。(2)保护Vz不受过流损坏。两个极端情况：当Vs=Vs(Max)，IL=IL(Min)时Rs>[VS(Max)-VZ]/[Iz(max)+IL(Min)]Rs=Rs(min)，Iz(max)等于最大工作电流所以：[VS(Max)-VZ]/[Iz(max)+IL(Min)]<Rs<[VS(Min)-VZ]/[Iz(min)+IL(Max)]稳压管二极管在电源中的作用当VS=VS(Max)，IL=IL(Min)VRS=VS-VZIs=Il+Iz所以：Rs<{Vs(Min)-Vz]/[Iz(min)+IL"]例：设计一个由稳压管组成的稳压电路，保证负载能得到6V的稳定电压，负载电流的变化范围是0~100mA，输出电压变化范围是9~11V。解：设计电路如图1-32所示。题目要求负载得到的6V的稳定电压，因此选稳压值为6V的稳压管，由式(1-15)可求出稳压管的最大工作电流。(1-15)nax+•'Lnax)(Uimax-Uz)/(/"■)=(Uimax-Uz)/(O.Uz(1-15)nax+•'Lnax)即(11-6)/(Izina+0)=(9-6)/(0.1Izmax+100)可求出IZnax=200nAo 幌因此，稳压管的最大管耗是Pznax=IznaxUz=0.2x6W=1.2W.一般在电路设计中都要留有余地，因此要选Iznax和Pznax均比计算值大的稳压管。限流电阻用式(1-12)可以求出R=(Uimax-Uz)/(RnO⑴一6)/(0.2+6)=25Q五、选择二极管的基本原则

要求导通电压低时选锗管;要求反向电流小时选硅管。要求导通电流大时选面结合型;要求工作频率高时选点接触型。要求反向击穿电压高时选硅管。要求耐高温时选硅管。六、串联型稳压电路1、基本调整稳压电路为了使稳压管稳压电路输出大电流，需要加晶体管放大。，L=(1+ML斗-u此稳压原理：电路引入电压负反馈，输出稳定电压。调整管的作用及提高稳压性能不管什么原因引起Uo变化，都将通过Ice和Uce的调节使Uo稳定，故称晶体管为调整若能提高电路的稳压性能，则应加深电路的负反馈，即提高放大电路的放大倍数。2、具有放大作用的放大电路稳压原理：若由于某种原因使Uo增大，则Uof-Unf—Ubl-Uol输出电压的调节范围：%+均+冬 佑+R+/?七+用 °佑

七、并联型稳压电路并联型稳压电路是将稳压管与负载电阻并联，稳压管工作在反向击穿区，可在一定条件下使输出电压基本不变，从而起到稳压作用，如图所示适用于电压固定，输出电流不大，且负载变化不

大的电路中。并联型百流稳压电路稳压原理：Uo上升，稳压管的电流Iz增加