六、稳压二极管及其稳压电路

1. 硅稳压二极管

硅稳压二极管实质上也是一种半导体二极管，它是采用特殊工艺制造的具有稳压作用的二极管。它的外形与普通二极管基本相同，其图形符号及伏安特性曲线如图1-14所示。

稳压二极管的图形符号如图1-14（a）所示，文字符号是V。

由伏安特性曲线可以看出：硅稳压二极管的正向伏安特性与普通二极管相似，但反向伏安特性曲线比普通二极管陡峭。在反向电压较小时，稳压管截止（有极弱的反向电流）。当反向电压达到某一数值UZ 时，稳压管被反向击穿，此时电压稍有增加，UZ 电流就有很大增加。即在反向击穿区，稳压管的电流在AB段很大的范围内变化，却变化很小，稳压管正是利用这一特性来进行稳压的。只要控制反向击穿电流不要太大，稳压管就可长时间工作在反向击穿区。其UZ 称为稳压管的稳定电压。

由于稳压管工作在反向击穿状态，所以使用时它的正极必须接电源的负极，它的负极必须接电源的正极。如果极性接反，稳压管两端的正向电压只有0.7V，不能起到预期的稳压作用。

2. 稳压电路

（1）并联型硅稳压管稳压电路

最简单的硅稳压管稳压电路如图1-15所示。

该电路由电阻R和稳压管V组成。稳压管V反向并联在负载两端。该电路的工作原理如下。

经整流和滤波后得到的直流电压Ui，再经过R和V组成的稳压电路后送到负载RL 上，其电压、电流的关系为

Ui=IR+UL

I=IZ+IL

①设负载电阻RL 不变。若电网电压波动升高，则使整流滤波输出电压Ui增大。根据稳压管反向击穿特性，只要UL 上升，引起负载两端电压UL 增加。根据稳压管反向击穿特性，只要UL 有少许增大，则IZ 显著增加，使流过R的电流I增加，R上压降IR增大，从而抵消Ui 的增加量，使负载两端电压UL 保持稳定。其工作过程如下：

Ui↑→UL↑→IZ↑→I↑→IR↑→UL↓

同理，如果电网电压波动使输出电压 UL 减小，其工作过程与上述相反， UL 仍保持稳定。

② 设Ui 不变。若负载电阻RL 减小，负载电流IL 增加，限流电阻R上的压降IR增大，输出电压UL 将下降，而输出电压稍有下降就会引起流过稳压管的电流IZ 下降，从而抵消了负载电流变化在限流电阻R上造成的电压变化，保持输出电压（即负载两端电压）UL 的稳定。其工作过程为

RL↓→UL↓→IZ↓→I↓→IR↓→UL↑

图1-15所示稳压电路中，稳压管V作为电压调整器件与负载并联，故又称为并联型稳压电路。该电路结构简单，成本低，但输出电流小，电路稳定性也较差。另外，当负载开路时，输出电流将全部流过稳压管，若此电流超过稳压管的最大稳定电流就会烧坏稳压管。因此这种电路只能应用在要求不高的小电流稳压电路中。

（2）串联型晶体管稳压电路

① 串联稳压原理。串联稳压原理如图1-16所示。

由图1-16可得负载电压UL 为

UL= [RL/（RL+RP）] Ui

由上式可知，当输入电压Ui 增大时，只要调节RP使其阻值增大，就可使负载电压保持不变；若Ui 减小，则减小RP的值。这相当于用RP把输入电压变化部分承担下来，以保证负载电压不变。但是这种手动调节是不实用的。在实际应用中，常采用晶体三极管来代替可变电阻而组成晶体管串联型稳压电路。

② 串联型晶体管稳压电路。根据三极管特性，工作在放大区的三极管，其基-射极间的电压UBE是受基极电流控制的。当IB 增加时，IC 增大、UCE减小；反之，UCE增大。这样，可用三极管作为调整元件来代替图1-16中的RP，如图1-17所示。此时三极管的c、e两极就相当于电阻RP的两端，而基极b就相当于RP的滑臂。当IB 增大时，三极管趋于导通，相当于把RP减小，则UCE降低，使输出电压降低。由于三极管能起调节电压的作用，所以常把它称为调整管。

图1-17是一个最简单的串联型晶体管稳压电路。图中R1 既是V1 的限流电阻又是调整管V2 的偏置电阻，它和稳压管V1 组成的稳压电路向调整管基极提供一个稳定的直流电压UZ，叫做基准电压。当负载RL 开路时，由电阻R2 提供给调整管一个直流通路。由于三极管的UCE会随基极电流IB 的改变而改变，所以只要调整IB 就可以控制UCE的变化。在图1-17中：

UBE=UZ -UL

UL=Ui -UC

假设因某种原因，电网电压升高或负载阻抗变化，导致输出电压UL 增大，稳压管V1的稳定电压UZ 不变，据式UBE=UZ -UL 可知UBE将减小。于是三极管基极电流减小，使UCE增大，从式UL=Ui -UC 可知，最终可使UL 下降，保持输出电压UL 基本稳定，其稳定过程如下：

RL↑→UBE↓→IB↓→UCE↑→UL↓

串联型稳压电路的负载电流不通过稳压二极管，而通过调整管，因此，能比并联型硅稳压管稳压电路提供较大的输出电流，稳压效果也较好。