六、穩壓二極管及其穩壓電路

1. 硅穩壓二極管

硅穩壓二極管實質上也是一種半導體二極管，它是采用特殊工藝制造的具有穩壓作用的二極管。它的外形與普通二極管基本相同，其圖形符號及伏安特性曲線如圖1-14所示。

穩壓二極管的圖形符號如圖1-14（a）所示，文字符號是V。

由伏安特性曲線可以看出：硅穩壓二極管的正向伏安特性與普通二極管相似，但反向伏安特性曲線比普通二極管陡峭。在反向電壓較小時，穩壓管截止（有極弱的反向電流）。當反向電壓達到某一數值UZ 時，穩壓管被反向擊穿，此時電壓稍有增加，UZ 電流就有很大增加。即在反向擊穿區，穩壓管的電流在AB段很大的范圍內變化，卻變化很小，穩壓管正是利用這一特性來進行穩壓的。只要控制反向擊穿電流不要太大，穩壓管就可長時間工作在反向擊穿區。其UZ 稱為穩壓管的穩定電壓。

由于穩壓管工作在反向擊穿狀態，所以使用時它的正極必須接電源的負極，它的負極必須接電源的正極。如果極性接反，穩壓管兩端的正向電壓只有0.7V，不能起到預期的穩壓作用。

2. 穩壓電路

（1）并聯型硅穩壓管穩壓電路

最簡單的硅穩壓管穩壓電路如圖1-15所示。

該電路由電阻R和穩壓管V組成。穩壓管V反向并聯在負載兩端。該電路的工作原理如下。

經整流和濾波后得到的直流電壓Ui，再經過R和V組成的穩壓電路后送到負載RL 上，其電壓、電流的關系為

Ui=IR+UL

I=IZ+IL

①設負載電阻RL 不變。若電網電壓波動升高，則使整流濾波輸出電壓Ui增大。根據穩壓管反向擊穿特性，只要UL 上升，引起負載兩端電壓UL 增加。根據穩壓管反向擊穿特性，只要UL 有少許增大，則IZ 顯著增加，使流過R的電流I增加，R上壓降IR增大，從而抵消Ui 的增加量，使負載兩端電壓UL 保持穩定。其工作過程如下：

Ui↑→UL↑→IZ↑→I↑→IR↑→UL↓

同理，如果電網電壓波動使輸出電壓 UL 減小，其工作過程與上述相反， UL 仍保持穩定。

② 設Ui 不變。若負載電阻RL 減小，負載電流IL 增加，限流電阻R上的壓降IR增大，輸出電壓UL 將下降，而輸出電壓稍有下降就會引起流過穩壓管的電流IZ 下降，從而抵消了負載電流變化在限流電阻R上造成的電壓變化，保持輸出電壓（即負載兩端電壓）UL 的穩定。其工作過程為

RL↓→UL↓→IZ↓→I↓→IR↓→UL↑

圖1-15所示穩壓電路中，穩壓管V作為電壓調整器件與負載并聯，故又稱為并聯型穩壓電路。該電路結構簡單，成本低，但輸出電流小，電路穩定性也較差。另外，當負載開路時，輸出電流將全部流過穩壓管，若此電流超過穩壓管的最大穩定電流就會燒壞穩壓管。因此這種電路只能應用在要求不高的小電流穩壓電路中。

（2）串聯型晶體管穩壓電路

① 串聯穩壓原理。串聯穩壓原理如圖1-16所示。

由圖1-16可得負載電壓UL 為

UL= [RL/（RL+RP）] Ui

由上式可知，當輸入電壓Ui 增大時，只要調節RP使其阻值增大，就可使負載電壓保持不變；若Ui 減小，則減小RP的值。這相當于用RP把輸入電壓變化部分承擔下來，以保證負載電壓不變。但是這種手動調節是不實用的。在實際應用中，常采用晶體三極管來代替可變電阻而組成晶體管串聯型穩壓電路。

② 串聯型晶體管穩壓電路。根據三極管特性，工作在放大區的三極管，其基-射極間的電壓UBE是受基極電流控制的。當IB 增加時，IC 增大、UCE減小；反之，UCE增大。這樣，可用三極管作為調整元件來代替圖1-16中的RP，如圖1-17所示。此時三極管的c、e兩極就相當于電阻RP的兩端，而基極b就相當于RP的滑臂。當IB 增大時，三極管趨于導通，相當于把RP減小，則UCE降低，使輸出電壓降低。由于三極管能起調節電壓的作用，所以常把它稱為調整管。

圖1-17是一個最簡單的串聯型晶體管穩壓電路。圖中R1 既是V1 的限流電阻又是調整管V2 的偏置電阻，它和穩壓管V1 組成的穩壓電路向調整管基極提供一個穩定的直流電壓UZ，叫做基準電壓。當負載RL 開路時，由電阻R2 提供給調整管一個直流通路。由于三極管的UCE會隨基極電流IB 的改變而改變，所以只要調整IB 就可以控制UCE的變化。在圖1-17中：

UBE=UZ -UL

UL=Ui -UC

假設因某種原因，電網電壓升高或負載阻抗變化，導致輸出電壓UL 增大，穩壓管V1的穩定電壓UZ 不變，據式UBE=UZ -UL 可知UBE將減小。于是三極管基極電流減小，使UCE增大，從式UL=Ui -UC 可知，最終可使UL 下降，保持輸出電壓UL 基本穩定，其穩定過程如下：

RL↑→UBE↓→IB↓→UCE↑→UL↓

串聯型穩壓電路的負載電流不通過穩壓二極管，而通過調整管，因此，能比并聯型硅穩壓管穩壓電路提供較大的輸出電流，穩壓效果也較好。