硅稳压二极管稳压电路模拟电子技术基础

IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑
16.2.2稳压电阻的计算
稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击穿特性的 动态电阻有关，与稳压电阻R 的阻值大小有关。
稳压二极管的动态电阻越小，稳压电 阻R越大，稳压性能越好。
稳压电阻 R 的作用
将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化， 从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。
16.2 硅稳压二极管稳压电路
16.2.1 硅稳压二极管稳压电路的原理 16.2.2 稳压电阻的计算 16.2.3 基准源
16.2.1 硅稳压二极管稳压电路的原理
硅稳压二极管稳压电路的电路图如图16.02所示。
它是利用稳压 二极管的反向击穿 特性稳压的，由于 反向特性陡直，较 大的电流变化，只 会引起较小的电压 变化。
典 MC1403
2.5±1％
1.2
10～100
.
型 LM136/236/336 2.5
的 TL431
5.0 2.5～36
10
10 0.4～100
30
30
.
50
.
基 LM3999
±6.95±5％
10
准
AD2710K/L MAX676
10.000±1mV 4.096±0.01％
10 5
源
677
5.000±0.01％
图16.02 硅稳压二极管稳压电路
(1) 当输入电压变化时如何稳压
根据电路图可知 VO = VZ = VI VR VI IR R
IR = IL + IZ
输入电压VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增 加，从而使IZ增加，IR增加，使VR增加，从而使输出 电压VO减小。这一稳压过程可概括如下：
IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑
3.输出电压调节范围的计算
根据图16.04可知 Vf≈VREF
VO
VO1
=
(1+
R1 R3
R'2 R"2
)VREF
调节R2显然可以改变输出电压。 （动画16-2） （动画16-1）
16.3.2 稳压电路的保护环节
串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短 路，则输出短路电流很大。同时输入电压将全部 降落在调整管上，使调整管的功耗大大增加，调 整管将因过损耗发热而损坏，为此必须对稳压电 源的短路进行保护。过载也会造成损坏。
16.3.1 线性串联型稳压电路的工作原理
16.3.2 稳压电路的保护环节
16.3.3 三端集成稳压器
16.3.1 线性串联型稳压电路的工作原理
(1) 线性串联型稳压电源的构成
线性串联稳压电源的工作原理可用图16.03来说明。
显 然 ，VO =VI-VR，当
VI增加时，R 受控制而增加，
使 VR增 加 ， 从 而 在 一 定 程
5
5
78 10.000±0.01％
5
1
.
16.3 线性串联型稳压电源
稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压 值不能连续调节。线性串联型稳压电源的工作电流 较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。 目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应 用在各种电子仪器和电子电路之中。线性串联型稳 压电源的缺点是损耗较大，效率低。
图16.04 串联型稳压电路方框图
(2) 线性串联型稳压电源的工作原理
根 据 图 16.04 分 两种情况来加以讨论。
1．输入电压变化， 负载电流保持不变
输入电压VI的增加，必然会使输出电压VO有所 增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号Vf与基 准源电压VREF比较，获得误差信号ΔV。误差信号经 放大后，用VO1去控制调整管的管压降VCE增加，从 而抵消输入电压增加的影响。
VImax VZ I Zmax I Lmin
Rmin < R Rmax
16.2.3 基准源
基准源
一般是指击穿电压十分稳定，电压
也称为参考源 温度系数经过补偿了的稳压二极管。
这种稳压二极管采用一种埋层工艺，稳压性能优良，有的 还加有温度控制电路，使其温度系数可小到几个10-6/℃。
型号
稳定电压(V) 工作电流(mA) 电压温度系数(10 -6/ ℃)
显然R 的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大 的VR变化，就可达到足够的稳压效果。
但R 的数值越大，就需要较大的输入电压VI值，损 耗就要加大。
稳压电阻的计算如下
(1) 当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳
压二极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由
此可计算出稳压电阻的最大值，实际选用的稳压
VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓
2．负载电流变化，输入电压保持不变
负载电流IL的增加，必然会使输入电压VI有所 减小，输出电压VO必然有所下降，经过取样电路取 出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较，获得的误 差信号使VO1增加，从而使调整管的管压降VCE下降， 从而抵消因IL增加，使输入电压减小的影响。
VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓
图16.02 硅稳压二极管稳压电路
这里VO减小应理解为由于输入电压VI的增加，在 稳压二极管的调节下，使VO的增加没有那么大而已。 VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。
(2) 当负载电流变化时如何稳压
负载电流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增 加，从而使VZ=VO减小，IZ减小。IZ的减小必然使IR 减小，VR减小，从而使输出电压VO增加。这一稳压过 程可概括如下：
电阻应小于最大稳值压。二即极管在使用时
一能定使R要 它m串 的ax 入 功=限 耗I ZV流 超mImi电 过nin阻 规I， 定VLm不值Zax，
(2) 当输否入则电会压最造大成，损负坏载！电流最小时，流过稳
压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此
可计算出稳压电阻的最小值。即
Rmin
=
度上抵消了VI增加对输出电
压的影响。若负载电流IL增
加，R受控制而减小，使VR
减小，从而在一定程度上抵
消了因IL增加，使VI减小，
图图161.60.303串串联联稳压稳电压源电
源
示意图
对输出电压减小的影响。
在实际电路中，可变电阻R是用一个三极管来替
代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降 VCE，VCE相当于VR 。要想输出电压稳定，必须按电压 负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路。典型的串 联型稳压电路如图 16.04 所示。它由调整管、放大环 节、比较环节、基准电压源几个部分组成。