[硬件电路-64]：模拟器件 -二极管在稳压电路中的应用
二极管在稳压电路中的应用主要基于其单向导电性和特定类型二极管（如稳压二极管）的电压稳定特性。以下是详细解释：
一、普通二极管的稳压作用（有限场景）
- 正向导通压降的利用：
- 原理：普通二极管在正向导通时，两端会保持一个相对稳定的压降（硅管约0.6-0.7V，锗管约0.2-0.3V）。
- 应用场景：在低电压、小电流的电路中，可通过串联多个二极管来分压，实现简单的稳压功能。例如，用3个硅二极管串联可获得约1.8-2.1V的稳定电压。
- 局限性：压降受温度影响较大（温度每升高1℃，压降约降低2mV），且稳压值不可调，仅适用于对精度要求不高的场合。
- 反向截止的隔离作用：
- 原理：二极管反向截止时，可阻止电流反向流动，保护电路免受反向电压损害。
- 应用场景：在稳压电路中，二极管可作为隔离元件，防止输入电压波动或负载变化对稳压部分的影响。
二、稳压二极管（齐纳二极管）的核心稳压原理
稳压二极管是专门为稳压设计的二极管，其稳压原理基于反向击穿特性：
- 反向击穿特性：
- 工作原理：当稳压二极管反向偏置且电压达到击穿电压（VZ）时，电流急剧增加，但电压几乎保持不变。二极管两端击穿后的电压保持击穿电压不变，但内阻会急剧的较少，因此电流会急剧增加！！！！在外部电压不变的情况下，如果电流增加，则是通过降低电阻，来保持VZ的电压保持不变。Vrs电阻两端的压降会变大！！！RS电阻，通过流过的电流大小的动态变化来实现动态分压的作用！！！这样不会伤害RL的电路。在上述
- 击穿类型：稳压二极管的击穿是电击穿（可逆），撤去反向电压后，二极管可恢复原状，不同于普通二极管的热击穿（不可逆）。
- 稳压过程：
- 输入电压升高：当输入电压Vin升高时，稳压二极管两端电压VZ试图升高，但击穿特性使VZ保持稳定，多余电压降落在限流电阻R上。
- 负载电流变化：当负载电流IL增大时，稳压二极管电流IZ减小，以维持总电流（I=IZ+IL）和VZ不变；反之亦然。
- 关键参数：
- 稳定电压VZ：稳压二极管在击穿状态下的两端电压，是稳压电路的核心参数。
- 动态电阻rz：稳压二极管两端电压变化量与电流变化量之比，rz越小，稳压性能越好。
- 额定功率PZ：稳压二极管允许的最大耗散功率，超过可能导致损坏。
三、典型稳压电路分析
以最简单的稳压二极管稳压电路为例：
- 电路组成：
- 输入电压Vin、限流电阻R、稳压二极管DZ（反向偏置）、负载电阻RL。
- 工作原理：
- 稳压过程：当Vin或RL变化时，通过调整IZ和IL的分配，保持VZ稳定。
- 限流电阻作用：限制通过稳压二极管的电流，防止其因过热而损坏。
- 设计要点：
- 选择稳压二极管：根据所需稳定电压VZ和负载电流范围选择合适的稳压二极管。
- 计算限流电阻：根据输入电压范围、VZ和稳压二极管的最大电流IZM计算限流电阻R的值。
四、二极管稳压电路的优缺点
- 优点：
- 结构简单：仅需少量元件即可实现稳压功能。
- 成本低廉：稳压二极管价格低，适合大规模应用。
- 响应速度快：对电压变化的响应迅速，适合高频电路。
- 缺点：
- 稳压值有限：稳压二极管的稳定电压范围有限，通常为几伏至几百伏。
- 输出电流受限：稳压二极管的输出电流较小，不适合大功率应用。
- 效率较低：限流电阻上会消耗一定功率，降低电路效率。
五、二极管稳压电路的应用场景
- 小功率稳压电源：
- 为低功耗电路提供稳定电压，如电子表、计算器等。
- 基准电压源：
- 在模数转换器（ADC）、数模转换器（DAC）等电路中提供稳定的基准电压。
- 保护电路：
- 防止输入电压过高或负载变化对电路造成损害，如过压保护、浪涌抑制等。
- 信号调理：
- 在信号处理电路中，对信号进行限幅或钳位，防止信号过载。