穩壓二極管,又叫齊納二極管,簡稱穩壓管,是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管。
它的伏安特性與其他二極管類似,如下圖。穩壓二極管與其他二極管不同的是,它工作在反向擊穿區域。
由圖中可以看出:
穩壓管在反向擊穿時,在一定的電流范圍內(或者說在一定功率損耗范圍內),端電壓幾乎不變,表現出穩壓特性:如上圖所示,當電流IZ上下波動時,端電壓UZ幾乎維持在一條垂直線上。
穩壓二極管的作用就是穩定電壓,常用來保護或限制電壓等。因此穩壓二極管常被作為穩壓器或電壓基準元件使用。
簡單穩壓電路的穩壓原理
應用穩壓二極管進行穩壓的常見簡單電路如下,此電路保持輸出電壓Uo穩定。
本電路有方程如下:
基于上面兩個方程,其穩壓過程分析如下:
當 UI波動或RL變化時,如果輸入電壓UI上升(或RL增加)導致輸出電壓Uo上升時,則穩壓過程如下,可以看到其中對于Uo存在一對相反的變化,可互相抵消或者極大削弱Uo的變化,起到穩定Uo的作用。
反之亦然:當UI降低或RL減少時,導致輸出電壓Uo下降時,其他量的變化與上面過程相反,因此對于Uo同樣存在一對相反的變化,起到穩壓的作用。
理解上面分析過程的關鍵就是,當Uo上升或下降時,因為穩壓管兩端電壓UZ=Uo,所以此時UZ也隨之波動,那么根據穩壓二極管的特性(見上面伏安特性曲線圖)即可知道,此時IDZ會劇烈增加或減少,從而導致后續的連鎖反應,使得Uo趨于穩定。
穩壓過程的相反變化真的能完全相互抵消么?
基本上不能完全抵消;同樣穩壓二極管的穩壓特性也并非是一條優良的垂直直線,因此隨著外界的變化導致其流過的電流變化時,對應的電壓也多少有一點波動,只是很小而已。
我們可以搭一個實際電路做實驗來測量驗證,也可以通過各種電路仿真軟件來模擬,如下兩圖。
從Proteus軟件里的仿真結果可以看出,輸入電壓V1波動、負載RL變化時,輸出電壓Uo基本穩定在9V,不過多少有一點浮動。