《电工电子学》课外拓展阅读报告《稳压二极管综述》姓名：指导教师：学号：专业班级：机械实验班2012年12月稳压二极管综述摘要：随着科学技术的发展，越来越高科技的东西被发明创造出来。

上世纪30年代二极管的发明，带动了后来的信息革命。

其中的稳压二极管也从无到有，从粗到精，逐渐发展成为电子工业当中相当重要的一项技术，越来越多的产品需要用到稳压二极管。

本篇文章将从基础入手，简述稳压二极管的工作原理以及它相应的应用，最后，我们将简单地谈谈稳压二极管存在的一些问题以及解决办法或发展的方向。

关键字：工作原理、工程应用、应用问题正文1 稳压二极管的工作原理1.1 稳压二极管的构成稳压二极管是一种用于稳定电压的单PN 结二极管。

此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。

在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很少的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定。

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1-1 所示，符号为D Z 。

稳压管工作时是在反向击穿区，并且在一定电流范围内（△I Z ），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 1-1b 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。

图1-1a 稳压二极管的图形符号 图1-1b 稳压二极管的伏安特性曲线1.2 稳压二极管的主要参数（1） 稳定电压U Z 稳定电压就是稳压二极管在正常工作时的端电压，一般为3-25V ，高的可以达到200V 。

手册中所列的都是在一定条件(工作电流、温度)下的数值。

不同型号的稳压管其U Z 的范围不同；同种型号的稳压管也常因工艺上的差异而有一定的分散性。

所以，U Z 一般给出的是范围值，例如2CW11的U Z 在3.2～4.5V （测试电流为10mA ）。

但是在一定条件下，每一只稳压二极管都有一确定的稳定电压值。

当然，二极管（包括稳压管）的正向导通特性也有稳压作用，但稳定电压只有0.6～0. 8V ，且随温度的变化较大，故一般不常用。

常用稳压二极管的型号及稳压值U Z 如下表：死区 正向导通区反向截止区反向导通区（2）稳定电流I Z稳定电流I Z是指稳压管正常工作时的参考电流。

Iz 通常在最小稳定电流I Z min与最大稳定电流I Z max 之间。

其中I Z min 是指稳压管开始起稳压作用时的最小电流，电流低于此值时，稳压效果差；I Z max是指稳压管稳定工作时的最大允许电流，超过此电流时，只要超过额定功耗，稳压管将发生永久性击穿。

故一般要求：I Z min＜Iz ＜I Z max。

（3）动态电阻r Z动态电阻r Z是指稳压二极管在反向击穿区内的电压变化量与相应电流变化量至比值（也称为稳压二极管的交流动态电阻或交流电阻）。

一般为几欧姆至几十欧姆。

它反映了反向伏安特性曲线陡峭程度，曲线愈陡，动态电阻r Z越小，表明稳压管性能越好。

（4）额定功耗P Z额定功耗Pz是由管子温升所决定的参数，其中允许耗散功率P ZM表示保证稳压二极管安全工作时所允许的最大功率损耗：（5）电压温度系数αu电压温度系数αu是指稳压二极管的稳压值U Z受温度变化影响的系数。

例如，2CW18稳压二极管的电压温度系数为0.095%/℃，就是说温度每增加１℃，其稳压值就升高0.095%。

一般来说，硅稳压管在U Z＜4V时αu＜0；在U Z＞7V时，αu＞0；在U Z= 4～7V时，α很小。

1.3 稳压二极管的工作原理稳压二极管是一种专门工作于反向(崩溃，Breakdown)区域的二极管，如有一适量的电流流经此二极管，则其两端点间产生一固定不变的电压，名为：“稳压电压”，由于其电压稳定，故被广泛用于稳压电路或用作参考电压源。

下面我们来了解一下二极管的伏安特性曲线。

由图1-1b可知，二极管的伏安特性是非线性的，大致可以分为四个区域：死区、正向导通区、反向截止区和反向击穿区。

稳压二极管正是利用二极管的反向击穿区的特性制成的！在PN结上，加以反向电压时，反向电流很小，叫反向饱和电流，当反向电压加大到一定值时，反向电流会突然增加，这现象叫PN结的击穿。

二极管的击穿通常有三种情况，即雪崩击穿、齐纳击穿和热击穿。

（1）雪崩击穿对于掺杂浓度较低的PN结，结较厚，当外加反向电压高到一定数值时，因外电场过强，使PN结内少数载流子获得很大的动能而直接与原子碰撞，将原子电离，产生新的电子空穴对，由于链锁反应的结果，使少数载流子数目急剧增多，反向电流雪崩式地迅速增大，这种现象叫雪崩击穿。

雪崩击穿通常发生在高反压、低掺杂的情况下。

（2）齐纳击穿对于采用高掺杂（即杂质浓度很大）形成的PN结，由于结很薄（如0.04μm）即使外加电压并不高（如4V），就可产生很强的电场（如106V/CM）将结内共价键中的价电子拉出来，产生大量的电子一空穴对，使反向电流剧增，这种现象叫齐纳击穿（因齐纳研究而得名）。

齐纳击穿一般发生在低反压、高掺杂的情况下。

（3）热击穿在使用二极管的过程中，如由于PN结功耗（反向电流与反向电压之积）过大，使结温升高，电流变大，循环反复的结果，超过PN结的允许功耗，使PN结击穿的现象叫热击穿。

热击穿后二极管将发生永久性损坏。

对于硅PN结，击穿电压在7V以上的为雪崩击穿；4V以下的为齐纳击穿；在4～7V之间的两种情况都有。

无论哪种击穿，只要控制反向电流的数值不致引起热击穿，当反向电压下降到击穿电压以下，其性能可以恢复到未击穿前的状况。

稳压二极管正是利用齐纳击穿制成而来的。

在稳压二极管特性曲线中，当反向电压达到击穿电压后，二极管由截止转为导通，此时的电流为最低稳压电流I Zmin，而形成的电压为最低稳压电压V Zmin，如继续加大反向电压，则电流便急速变大，但稳压二极管有一定的最大可通过电流I Zmax，若通过的电流超过I Zmax，会损坏此二极管。

(简单来说：反向电压到达U Z后，相对电流不断增加，电压变化却很少。

)如下图：图1-2二极管的伏安特性曲线如图1-3所示的稳压电路中，当输入电路的电压不稳定时，根据基尔霍夫电流定律，I R=I Z+I0。

U I发生波动时，电路的电阻值不变，从而电流I R发生改变，引发流过稳压二极管的电流I Z发生改变，但是根据稳压二极管的伏安特性曲线，此时的稳压二极管正工作在反向击穿区，电流只要在I Zmin至I Zmax之间变化时，稳压二极管两端的电压值不会发生显著变化，而是在U Z这个稳定的值。

因此，电阻R L两端的电压也在U Z这个稳定值，从而稳定电路输出了U0这个稳定的电压值，稳压二极管也达到了稳压的目的。

图1-3 稳压电路稳压电路的稳压原理如下：只要R参数选得适当，就可以基本上抵消U I的升高值，因而使Uo基本保持不变。

可见，在这种稳压电路中，起自动调节作用的主要是稳压二极管Dz，当输出电压有较小的变化时，将引起稳压二极管电流Iz的较大变化，通过限流电阻R的补偿作用，保持输出电压V o基本不变。

下面我们介绍限流电阻R的选择：（1）当I0=I0min、U I=U Imax时要求：（2）当I0=I0max、U I=U Imin时要求：故R的取值范围为：U 2 稳压二极管的工程应用稳压二极管的应用时多方面的，这里我们仅仅举其中几个经典的例子加以说明。

稳压二极管的应用主要包括浪通保护电路、电视机里的过压保护电路、电弧抑制电路、串联型稳压电路等。

2.1 浪涌保护电路(如图2-1)稳压管在准确的电压下击穿，这就使得它可作为限制或保护之元件来使用，因为各种电压的稳压二极管都可以得到，故对于这种应用特别适宜。

图中的稳压二极管D是作为过压保护器件。

只要电源电压V S超过二极管的稳压值D就导通。

使继电器J吸合负载RL就与电源分开。

图2-1浪通保护电路2.2电视机里的过压保护电路(如图2-2)：EC是电视机主供电压，当EC电压过高时，D导通，三极管BG导通，其集电极电位将由原来的高电平(5V)变为低电平，通过待机控制线的控制使电视机进入待机保护状态。

图2-2过压保护电路2.3电弧抑制电路(如图2-3)：在电感线圈上并联接入一只合适的稳压二极管(也可接入一只普通二极管原理一样)的话，当线圈在导通状态切断时，由于其电磁能释放所产生的高压就被二极管所吸收，所以当开关断开时，开关的电弧也就被消除了。

这个应用电路在工业上用得比较多，如一些较大功率的电磁吸控制电路就用到它。

图2-3电弧抑制电路2.4串联型稳压电路(如图2-4)：在此电路中。

串联稳压管BG的基极被稳压二极管D钳定在13V，那么其发射极就输出恒定的12V电压了。

这个电路在很多场合下都有应用图2-4串联型稳压电路2.5稳压二极管使用的注意问题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2-5所示。

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。