稳压二极管是电路中比较廉价的稳压元件,常用于提供简单的电压基准或辅助供电。但很多人用它时,只是随便找个电阻一串,发现输出电压根本不“稳”,甚至管子冒烟。原因在于没有理解其工作点。
稳压管利用的是反向击穿特性,注意这种击穿是“齐纳击穿”或“雪崩击穿”,只要电流控制得当,它是可逆的,不会损坏管子。
首先,限流电阻是生命线。稳压管必须串联电阻才能工作。这个电阻的选择有两个极端:电阻太大,导致流过稳压管的电流小于维持稳压的比较小电流(Izk),输出电压就会跌落,无法稳压;电阻太小,当负载断开时,所有电流都灌入稳压管,一旦超过最大电流(Izm),管子就会烧毁。正确的计算方式是:R = (Vin_max - Vz) / I_load_max,同时校验在Vin比较小、负载比较轻时,流过稳压管的电流是否大于Izk。
第二,动态电阻影响稳压精度。稳压管并非理想器件,它本身有一个动态电阻(Rz)。当流过它的电流变化时,即使击穿了,两端电压也会微小变化。公式为 ΔV = ΔI * Rz。所以,要获得更稳定的电压,需要让流过稳压管的电流变化尽量小,或者选择动态电阻更小的稳压管(通常是稳压值在5V-6V左右的管子,因其温度系数也接近零)。
第三,温度漂移不可忽视。稳压管的温度系数与其稳压值有关。低于5V的稳压管具有负温度系数,高于6V的具有正温度系数,而5.6V左右的稳压管温度系数接近于0。如果需要制作高精度基准源(如给ADC供电),直接使用普通的5.1V稳压管可能因环境温度变化导致几十毫伏的漂移,这对于AD转换是不可接受的。此时可以选择TL431这类可编程精密基准,或者用温度补偿型稳压管。
小结: 稳压管因其简单性适合做辅助电源、过压保护钳位或对精度要求不高的参考电压。但如果需要高精度、低温漂的基准,还是应该选择专门的基准源IC。用好稳压管,关键在于算准电阻、考虑动态内阻和温漂。