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2021-11-30 22:07:08
穩壓二極管工作原理
2021-11-30 22:07:08 來源: 電子產品世界
穩壓二極管聽名字就能想到它是二極管集合里邊的一部分，沒錯他正是二極管里邊的不可割舍的一部分，讓我們撥開它的真面目看他與普通二極管到底有什么聯系和區別。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/269678.htm穩壓二極管工作原理——穩壓原理
什么是穩壓二極管?穩壓二極管(又叫齊納二極管)它的電路符號如上，穩壓二極管是一種用于穩定電壓的單PN結二極管。此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件。在這臨界擊穿點上，反向電阻降低到一個很少的數值，在這個低阻區中電流增加而電壓則保持恒定，穩壓二極管是根據擊穿電壓來分檔的，因這種特性，穩壓管主要被作為穩壓器或電壓基準元件使用。從而工程師們制造了更多種穩壓值的穩壓管，以供市場需求。
穩壓二極管工作原理——伏安特性
穩壓管是利用反向擊多區的穩壓特性進行工作的，因此，穩壓管在電路中要與電源電壓反向連接。穩壓管的反向擊穿電壓稱為穩定電壓，不同類型穩壓管的穩定電壓也不一樣，某一型號的穩壓管的穩壓值固定在口定范圍。例如：2CW11的穩壓值是3.2伏到4.5伏，其中某一只管子的穩壓值可能是3.5伏，另一只管子則可能是4，2伏。
穩壓管的質量好壞可以用動態電阻r表示：
從上式可以看出電壓變化量一定時，動態電阻r的變化有電流的變化決定。工作電流越大動態電阻r越小，在實際電路中為了使穩壓效果好，追求工作電流大使得動態電阻小。但不能超過管子的最大允許電流。
在實際應用中，如果選擇不到穩壓值符合需要的穩壓管，可以選用穩壓值較低的穩壓管，然后串聯幾只硅二極管“枕墊”，把穩定電壓提高到所需值。這是利用硅二極管的正向壓降為0.6～0.7伏的特點來進行穩壓的。但是這種二極管在電路中必須正向連接，這是與穩壓管使用時的區別的。穩壓二極管的正向導通電壓由制造時的材料決定，鍺管0.3V，硅管0.7V，
從圖中可以看出穩壓二極管和普通二極管并無太大區別，工作的區域不同，制造工藝亦不相同。在溫度特性中，穩壓二極管和普通二極管同樣受到較大的溫度影響。
穩壓二極管工作原理——識別與檢測
身邊有各種各樣的二極管，我們怎么從眾多二極管中找出穩壓二極管呢?
如下圖：對于穩壓值小于20V的穩壓二極管，R1取3.3k R2取10K，電源電壓取24V 萬用表置于10V或50V檔位。慢慢調節R2當待測電壓小于穩壓電壓時，穩壓二極體反向阻抗很大，幾乎沒有電流通過，萬用表電壓讀數慢慢上升，當待測電壓大于穩壓電壓時，穩壓二極體反向阻抗很小，變為擊穿狀態，此時萬用表電壓讀數突然下降，穩壓值就讀取電壓突然下降之前的最高電壓，就是穩壓二極管穩壓值，同時也確定了它是穩壓二極管。
穩壓二極管工作原理——主要參數
1)穩定電壓Uz
穩定電壓就是穩壓二極管在反向擊穿區時的工作電壓，管子兩端的電壓值。這個數值隨工作電流和溫度的不同略有改變，即使同一型號的穩壓二極管，穩定電壓值也有一定的分散性，例如2CW14硅穩壓二極管的穩定電壓為6～7.5V。
2)耗散功率Pz
反向電流通過穩壓二極管的PN結時，要產生一定的功率損耗，PN結的溫度也將升高。根據允許的PN結工作溫度決定出管子的耗散功率。通常小功率管約為幾百毫瓦至幾瓦。最大耗散功率Pzm：是穩壓管的最大功率損耗取決于PN結的面積和散熱等條件。反向工作時，PN結的功率損耗為：Pz=Vz*Iz，由Pzm和Vz可以決定Izmax。
3)穩定電流Iz
最小穩定電流Izmin、大穩定電流Izmax穩定電流：工作電壓等于穩定電壓時的反向電流;最小穩定電流：穩壓二極管工作于穩定電壓時所需的最小反向電流;最大穩定電流：穩壓二極管允許通過的最大反向電流。
動態電阻rz其概念與一般二極管的動態電阻相同，只不過穩壓二極管的動態電阻是從它的反向特性上求取的。rz愈小，反映穩壓管的擊穿特性愈陡。 rz=△Vz/△Iz
4)溫度系數
溫度的變化將使VZ改變，在穩壓管中，當|VZ|>7V時，Vz具有正溫度系數，反向擊穿是雪崩擊穿。 當|Vz|<4V時，VZ具有負溫度系數，反向擊穿是齊納擊穿。
當4V<|Vz|<7V時，穩壓管可以獲得接近零的溫度系數。這樣的穩壓二極管可以作為標準穩壓管使用
穩壓二極管工作原理——與二極管的區別
第一：二極管一般在正向電壓下工作，穩壓管則在反向擊穿狀態下工作，二者用法不同;
第二：普通二極管的反向擊穿電壓一般在40V以上，高的可達幾百伏至上千伏，而且在伏安特性曲線反向擊穿的一段不陡，即反向擊穿電壓的范圍較大，動態電阻也比較大。對于穩壓管，當反向電壓超過其工作電壓Vz(亦稱齊納電壓或穩定電壓)時，反向電流將突然增大，而器件兩端的電壓基本保持恒定。對應的反向伏安特性曲線非常陡，動態電阻很小。穩壓管可用作穩壓器、電壓基準、過壓保護、電平轉換器等。本書用ZD符號表示穩壓管。
穩壓二極管工作原理——應用
1、浪涌保護電路：穩壓管在準確的電壓下擊穿，這就使得它可作為限制或保護之元件來使用，因為各種電壓的穩壓二極管都可以得到，故對于這種應用特別適宜。穩壓二極管D是作為過壓保護器件。只要電源電壓VS超過二極管的穩壓值D就導通，使繼電器J吸合負載RL就與電源分開。
2、電視機里的過壓保護電路：EC是電視機主供電壓。當EC電壓過高時，D導通，三極管BG導通，其集電極電位將由原來的高電平(5V)變為低電平，通過待機控制線的控制使電視機進入待機保護狀態.。
3、電弧抑制電路：在電感線圈上并聯接入一只合適的穩壓二極管(也可接入一只普通二極管一樣)的話，當線圈在導通狀態切斷時，由于其電磁能釋放所產生的高壓就被二極管所吸收，所以當開關斷開時，開關的電弧也就被消除了。這個應用電路在工業上用得比較多，如一些較大功率的電磁吸控制電路就用到它。
4、串聯穩壓電路：在此電路中，串聯穩壓管BG的基極被穩壓二極管D鉗定在13V，那么其發射極就輸出恒定的12V電壓了。這個電路在很多場合下都有應用。
穩壓二極管工作原理——注意事項
穩壓二極管用途廣泛，使用極多。看起來應用很簡單，但如果不注意，也極易損壞。以下是選用時的幾點注意事項：
1：可將多只穩壓二極管串聯使用，但由于二極管參數的離散性比較大，不得并聯使用。
2：溫度對半導體器件的特性影響較大，當環境溫度超過50℃時，溫度每升高1℃，應將最大耗散功率降低1%。
3：穩壓二極管管腳必須在離管殼5mm以上處進行焊接，最好使用30W以下的電烙鐵進行焊接。若使用40～75W電烙鐵焊接時，焊接時間應不超過8～10s。盡量使用內裝焊料的焊錫絲焊接，不要使用大塊焊錫加松香的方法。
4：為了使穩壓二極管的電壓溫度系數得到補償，可以將穩壓二極管與硅二極管(包括硅穩壓二極管)串聯使用，所串的正向二極管不得超過三個，也可與特殊的溫度補償管串聯使用。
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