穩(wěn)壓二極管的重難點(diǎn)分析

今天重點(diǎn)就講講穩(wěn)壓管吧，這也是個(gè)非常重要的元器件，它既是二極管，還能穩(wěn)壓。研究它重點(diǎn)掌握兩個(gè)部分，一是電路元件確定下如何分析穩(wěn)壓管電路，二是要設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)壓管電路時(shí)，如何合理選擇電路元件。

重點(diǎn) 穩(wěn)壓管電路的分析

穩(wěn)壓管的伏安特性與普通二極管相類似，正向特性為指數(shù)曲線，當(dāng)外加反向電壓的數(shù)值大于一定程度時(shí)則擊穿，擊穿區(qū)的曲線很陡，幾乎平行于縱軸，表現(xiàn)其穩(wěn)壓特性。只要控制反向電流不超過一定值，管子就不會(huì)過熱而損壞。

對(duì)于含有穩(wěn)壓管的電路的分析類似于前面對(duì)二極管電路的分析。首先應(yīng)該確定二極管的工作狀態(tài)，然后用一個(gè)合適的模型代替原來的電路，并求出其他未知量。下圖給出穩(wěn)壓管在不同區(qū)域的等效電路，第一象限也可以看成導(dǎo)線（如果穩(wěn)壓管看成理想）。

結(jié)合下面這張PPT，領(lǐng)會(huì)上圖的應(yīng)用吧

舉兩個(gè)栗子再消化一下：

例1

分析：

觀察電路,先分析輸入為正半周，當(dāng)D2要達(dá)到穩(wěn)壓時(shí),D1肯定導(dǎo)通了,導(dǎo)通后等效于0.7V的電源,那么輸入信號(hào)需要達(dá)到Vz+0.7V后，D2才穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后輸出端就等于Vz+0.7V。

那么還沒達(dá)到VZ+0.7V，D2截止，因?yàn)镈1和D2是串聯(lián)，所以也只能是斷路，輸出就是輸入信號(hào)。

至于負(fù)半周，那就是D1管施展穩(wěn)壓特性的時(shí)候了，分析和正半周一樣，就不贅述了。

于是結(jié)果就有了：

例2

分析：這道題絕對(duì)是穩(wěn)壓管電路分析的plus版，稍不注意就會(huì)繞糊涂了。注意穩(wěn)壓管加正向電壓時(shí)需要考慮導(dǎo)通和截止的臨界電壓，而加反向電壓時(shí)需要考慮穩(wěn)壓和截止的臨界電壓。

思路：當(dāng)輸入為正半周時(shí)，D1有可能會(huì)導(dǎo)通，D2有可能會(huì)穩(wěn)壓，看誰先了。D1導(dǎo)通需要VA>4.7V，但D2穩(wěn)壓只需VA>3V。看來D2先穩(wěn)壓，等效于5V的電源，于是Vo=3V，而D1只能處于截止，不管vi如何變大。

而當(dāng)輸入為負(fù)半周時(shí)，D1有可能會(huì)穩(wěn)壓，D2有可能會(huì)導(dǎo)通，又要看誰先了。D1穩(wěn)壓需要VA<-1，D2導(dǎo)通則需要VA<-2.7，于是D1先出現(xiàn)穩(wěn)壓，等效于5V的電源，于是Vo=-1，那D2就導(dǎo)通不了，只能一直處于截止。

于是得到最終波形：

難點(diǎn) 穩(wěn)壓電路的參數(shù)選擇

設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，就是要合理的選擇電路元件的有關(guān)參數(shù)，使得穩(wěn)壓二極管能正常工作，即穩(wěn)壓管的電流要在最小工作電流Izmin和最大工作電流Izmax之間，因?yàn)樾∮贗zmin穩(wěn)壓管不起穩(wěn)壓作用，而大于Izmax穩(wěn)壓管可能會(huì)燒毀。并且穩(wěn)壓管的管耗也要保證小于最大耗散功率。

上圖是典型的穩(wěn)壓管電路，要求在輸入信號(hào)可能存在波動(dòng)、或是負(fù)載電阻有變化、又或是限流電阻只能在某個(gè)范圍內(nèi)選擇，各種變化下都要求穩(wěn)壓電路要正常工作。穩(wěn)壓電路的正常工作就是要求穩(wěn)壓管工作在安全工作范圍內(nèi)。因此需要著眼于穩(wěn)壓管的電流：

上面三個(gè)式子并不難理解，它涉及到輸入信號(hào)、負(fù)載電阻、限流電阻和穩(wěn)壓管，做題時(shí)常出現(xiàn)（2）（3）式子中已知其中三個(gè)量，需要我們選擇剩余的那個(gè)。這時(shí)可能就會(huì)有些混亂。

比如上課講的例子

聽課時(shí)覺得很有道理，但愛動(dòng)腦筋的小伙伴們?cè)谙抡n后紛紛小窗老師，表示數(shù)學(xué)學(xué)霸不認(rèn)同。理由是要求限流電阻的范圍，很自然將上面的三個(gè)式子演化成如下三個(gè)式子。

怎么看都有些別扭，限流電阻最小不是應(yīng)該

這樣才更小嗎？一開心求出了R最小是200歐姆。若是按這思路，最大還能求出1.2千歐呢，但是小電想問，既然這是你的選擇，那么咱就按照題意：RL取600歐，輸入電壓取20V，限流電阻選200歐，數(shù)學(xué)好的小伙伴們可以求一下，這時(shí)穩(wěn)壓管上流過的電流是60mA，穩(wěn)壓管燒了。

問題出在哪里呢？數(shù)學(xué)好還有錯(cuò)啦？

其實(shí)問題就出在研究對(duì)象搞錯(cuò)了，穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管是主角，一切的選擇得保護(hù)穩(wěn)壓管。

排除掉疑惑后，就可以理解這次作業(yè)題中為何求限流電阻最小值，會(huì)取負(fù)載開路的時(shí)候了，因?yàn)榧热粵]有限制負(fù)載范圍，那么完全可以取無窮大，這樣IL徹底最小了呀。^_^

增加道例題練練手吧(￣▽￣)~*

輕松得到答案：

該搶答題出場(chǎng)了

已知穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值為6V，最小穩(wěn)定電流為5mA，最大穩(wěn)定電流為25mA。

問：當(dāng)UI為9V，15V和35V時(shí)，輸出電壓為多少V?

tip: 這電路元件全都選擇好的，別想復(fù)雜嘍( ^▽^ )。