模拟电子技术中稳压电路的建模与分析
摘要：文章对简单稳压电路、普通二极管稳压电路、稳压二极管稳压电路等三种电路进行了建模分析。从模型来看，这三种电路在本质上是相同的，均可等效成一个电压源和一个小电阻的串联电路。
关键词：稳压电路；稳压二极管；建模
中图分类号：TN710 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2015）10-0044-02.
0 引言
稳压电路是电子电路中的常见电路，具有广泛的应用，也是《模拟电子技术》、《电工电子技术》等课程的一个重要内容。
比较简单的稳压电路可以采用多个二极管相互串联来实现，也可采用稳压二极管来实现。但实际上，这两种实现方式本质上是相同的。
1 稳压电路原理分析
稳压电路是在输入电压、负载、环境温度、电路参数等发生变化时仍能保持输出电压恒定的电路。在模拟电子技术中，稳压电路的稳压系数S 来表征，稳压系数S为输出电压的相对变化量 与输入电压相对变化量 的比值，即 。S越小，稳压器性能越好。
从理论上讲稳压电路可抽象为一个电压源 Us 和一个小电阻 R 的串联：
其中 U=UR+US，而为 US恒定的电压源，因此
当电路中由于输入电压的波动、负载的改变使得支路中产生了较大的电流变化，即 I 很大，由于 R 很小，从而使得 IR 也较小，稳压支路的电压变化量 U 也较小。稳压支路和负载相并联，负载电路也获得了稳定的电压。
电路的实质在于，较大的 Ui 所导致的较大的 I 变化，通过一个很小的电阻 R，转变成了一个较小的 UR 变化。同时为了得到指定的稳压电压值，需要在电路中再串联一个恒定的电压源 US。
为了简化讨论，可以认为 ，从而
是一个很小的值。
2 稳压电路的建模分析
2.1 简单稳压电路的建模
如图 1 所示电路是一个简单稳压电路，其中 R2 为负载，电源 V2 和一个只有 1 的电阻构成稳压支路。电源 V2 的电压值为 5V 即为所需要的稳定电压值。
并将电源V1 的电压值设置为 8V、10V、12V，即以 10V为中心增大、减小 2V。从万用表可以测出电阻 R2 两端的电压值。电阻 R2 两端的具体电压值和相应的变化率如表 1所示。
图 1 简单稳压电路
表 1 输入电压变化率和负载电压变化率
相比于输入电压±20%的变化率，负载电压的变化率只有±0.04%。稳压系数 S=0.002，具有很好的稳压效果。
2.2 二极管稳压电路的建模
从对普通二极管的特性曲线可以看出，对于正向导通部分，在一个很小的信号变化范围内，可以将其等效成一个电阻。
图 2 普通二极管的稳压模型
由于曲线斜率很大，等效电阻 rD 是一个小电阻。同时由于二极管导通压降的存在，所以在正向导通（硅管 0.7V、锗管0.3V）的情况下，二极管可以等效成一个直流电源与一个小电阻的串联。
图 3 普通二极管的稳压电器 因此，将二极管与负载相并联，也能起到稳压效果。但由于二极管导通压降很低，在实际使用中需要将多个二极管串联在一起。如图 3 为二极管稳压电路。5 个二极管串联，均正向导通，因此电压稳压值为 5×0.7=3.5（V）。
改变输入电压 V1 的值，在 8V、10V、12V 时，负载电阻 R2的电压分别为3.316V、3.424V、3.484V，也起到很好的稳压效果。
2.3 稳压二极管稳压电路的建模
对于稳压二极管，从其特性曲线的反向击穿部分可以看出，在一个很小的信号变化范围内，可以将其等效成一个电阻。
由于曲线斜率很大，等效电阻 rD 也是一个小电阻。 用稳压二极管组成如图 5 所示电路，其中稳压管的Vz 为5V，即为电路的稳压电压值。
改变输入电压V1 的值，在 8V、10V、12V时，负载电阻R2的电压分别为 4.982V、4.986V、4.99V，起到很好的稳压效果。 3 结语简单稳压电路、二极管稳压电路、稳压管稳压电路等三种稳压电路，虽然具有不同的形式，但通过建模可以看到其本质是一样的，都是通过“电压源”串联一个“小电阻”。通过小电阻的作用，将大的电流变化转化成小的电压变化，从而实现电路的稳压。
参考文献：
[1] 康华光. 电子技术基础 模拟部分（第五版）[M]. 北京:高等教育出版社,2014.
[2] 卢艳红. 基于 Multisim10 的电子电路设计、仿真与应用[M]. 北京:人民邮电出版社,2009.
作者简介：朱里奇（1973-），男，湖北监利人，硕士，研究方向为移动通信、网络优化。
