模拟电子 | 稳压管及其应用

模拟电子 | 稳压管及其应用

稳压二极管工作在反向击穿状态时，其两端的电压是基本不变的。利用这一性质，在电路里常用于构成稳压电路。
稳压二极管构成的稳压电路，虽然稳定度不很高，输出电流也较小，但却具有简单、经济实用的优点，因而应用非常广泛。在实际电路中，要使用好稳压二极管，应注意如下几个问题。

1、要注意一般二极管与稳压二极管的区别方法。不少的一般二极管，特别是玻璃封装的管，外形颜色等与稳压二极管较相似，如不细心区别，就会使用错误。区别方法是：看外形，不少稳压二极管为园柱形，较短粗，而一般二极管若为园柱形的则较细长；看标志，稳 压二极管的外表面上都标有稳压值，如5V6，表示稳压值为5.6V；用万用表进行测量，根据单向导电性，用X1K挡先把被测二极管的正负极性判断出来，然后用X10K挡，黑表笔接二极管负极，红表笔接二极管正极，测的阻值与X1K挡时相比，若出现的反向阻值很大，为一般二极管的可能性很大，若出现的反向阻值变得很小，则为稳压二极管。

2、注意稳压二极管正向使用与反向使用的区别。稳压二极管正向导通使用时，与一般二极管正向导通使用时基本相同，正向导通后两端电压也是基本不变的，都约为0.7V。从理论上讲，稳压二极管也可正向使用做稳压管用，但其稳压值将低于1V，且稳压性能也不好，一般不单独用稳压管的正向导通特性来稳压，而是用反向击穿特性来稳压。反向击穿电压值即为稳压值。有时将两个稳压管串联使用，一个利用它的正向特性，另一个利用它的反向特性，则既能稳压又可起温度补偿作用，以提高稳压效果。
3、要注意限流电阻的作用及阻值大小的影响。在稳压二极管稳压电路中，一般都要串接一个电阻R，如图1或2示。该电阻在电路中起限流和提高稳压效果的作用。若不加该电阻即当R=0时，容易烧坏稳压管，稳压效果也会极差。限流电阻的阻值越大，电路稳压性能越好，但输入与输出压差也会过大，耗电也就越多。

4、要注意输入与输出的压差。正常使用时，稳压二极管稳压电路的输出电压等于稳压管反向击穿后两端的稳压值，若输入到稳压电路中的电压值小于稳压管的稳压值，则电路将失去稳压作用，只有是大于关系时，才有稳压作用，并且压差越大，限流电阻的阻值也应越大，否则会损坏稳压管。

5、稳压管可串联使用。几个稳压管串联后，可获得多个不同的稳压值，故串联使用较常见。下面举例说明两个稳压管串联使用后，如何求得稳压值。若一个稳压管的稳压值为5.6V，另一个稳压值为3.6V，设稳压管正向导通时电压均为0.7V，则串联后共有四种不同的稳压值，如图1示。

6、稳压管一般不并联使用。几个稳压管并联后，稳压值将由最低(包括正向导通后的电压值)的一个来决定。还是以上述两个稳压管为例，来说明稳压值的计算方法。两个并联后共有四种情况，稳压值只有两个，如图2示。除非特殊情况，稳压二极管都不并联使用。(何培森)

稳压管是一种由特殊工艺制成的面接触型硅二极管，其表示符号与伏安特性如图2-8 所示。稳压管工作时是在反向击穿区，并且在一定电流范围内（△IZ），稳压管不会损坏。由于稳压管的击穿是齐纳击穿，故稳压管也称为齐纳二极管。由图2-8b 可以看出，稳压管加一定的反向电压击穿后，反向电流在很大范围内变化，管子两端的电压基本保持不变，这就是稳压管之所以稳压的原因。

稳压管的主要参数如下

1. 稳定电压UZ: 稳定电压是稳压管正常工作时的反向击穿电压。
2. 稳定电流IZ: 稳定电流是指稳压管工作在稳定电压时的参考电流。
3. 最大稳定电流IZM: 稳压管在反向工作时稳压电流的最大稳定电流。
4. 最大允许耗散功率PZM:是指稳压管的PN 结不至于由于结温过高而损坏的最大功率。

受温度影响的参数。
在负载变化不大的场合，稳压管常用来做稳压电源，由于负载和稳压管并联，又称为并联稳压电源。稳压管在实际工作时要和电阻相配合使用，其电路如图2-9 所示。其中R 为限流电阻，使得稳压管的稳定电流在一定范围内，另外也起到电压的调节作用。
选择稳压管一般取

经常看到问关于稳压管（齐纳管)的问题，所以略做总结。

齐纳管一般有两种用法（以下IZ为工作电流，UZ为标称稳压电压，UW为实际工作电压）：

正常工作时处于“导通”状态，IZ≥0.1mA量级，此时齐纳管起稳压作用，UW≈UZ。 正常工作时处于“截止”状态，即UW<UZ，IZ为1μA量级（至少），当UW“企图”超过UZ时，齐纳管就会导通，IZ急剧增长，并反过来阻止UW的继续升高，从而起到限幅或保护作用。

其实常用齐纳管主要分两类，一类就是通常所谓的“稳压管”，另一类是TVS类器件。前者通常是第一种用法，后者通常是第二种用法。但也不绝对，两者只是特性参数各有特点。普通的稳压管同样可以用作保护器件，只是响应速度差一些，不适合需要抑制极高速度脉冲干扰的场合。TVS也可以拿来当稳压管用，当然也不合适。

总结一下，我发现初学者常犯如下几种错误：

把齐纳管特性想得太美好：当UW<UZ，IZ≈0；一旦UX“企图”大于UZ，IZ就会急剧增长，使UW≡UZ≡const，表现在I-V曲线上，那就是个几乎90°的折线……多么美好的事情啊！对于电压较高的齐纳管（UZ>7V），那曲线还凑合，换个低压的，例如3V的，那实际曲线真是够“柔美”的，1.5V电压时就有很大电流了，直到IZ增加到数十mA，UZ才懒洋洋地达到标称值，简直就是个抛物线嘛。 用齐纳管做保护的，一不懂世间万事皆有代价，这里的代价就是漏电流IR（“截止”状态下的IZ）：IR>0；二不懂世间万事皆须留有余地，这里的余地就是确保“截止”的电压余量UM：UM＝UZ-UW>0（IR→很小）；三不懂世间万事皆有弹性（让步），这里的弹性就是导通状态下UW随着IZ增加的增量UP：UP=UW-UZ>0（IR→很大）。而且即使留了余地，付出了代价，仍然要做让步。要减小IR，就要提高ΔU，也就是选高UZ的管子，但这样又会降低保护的“力度”。 不明白齐纳管动态内阻dV/dI>0，即UZ会随IZ增加。这就不多说了。 不明白齐纳管的反应是比较迟钝的，UW变化了，IZ并不会立即跟着变，而是有延迟。而且有结电容，而且结电容有时还相当大。按书上的电路图，把齐纳管接到运放反馈臂上做限幅，还为自己能灵活运用运放的负反馈技术而沾沾自喜。但输入个几MHz的方波后，发现输出全不是那么回事，就懵了。

从这几条可以总结出一些原则：

尽量避免使用低压齐纳管。 用齐纳管做保护要合理选择UZ，使UWMAX＋UM<UZ<UFMIN－UP。其中UWMAX是被保护电路最高工作电压，UWMAX<UZ－UM就是要保证最高工作电压下漏电流也足够小；UFMIN是可能损坏器件的最低电压，UZ＋UP<UFMIN就是要确保达到保护作用。世间万事皆两难，工程师这个职业有时就是个寻找最佳折衷点的差使。 设计电路要有“动态”的概念，电路跟人，跟一切机器一样都有反应迟钝的问题，区别只在于“更迟钝”和“更不迟钝”。 记住墨菲定律：“事情凡是能够更糟糕的，就一定会更糟糕”。