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穩(wěn)壓二極管工作原理

來源：電子產(chǎn)品世界 2021-12-20 07:47:35

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穩(wěn)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(lián)系和區(qū)別。

穩(wěn)壓二極管工作原理——穩(wěn)壓原理

什么是穩(wěn)壓二極管?穩(wěn)壓二極管(又叫齊納二極管)它的電路符號如上，穩(wěn)壓二極管是一種用于穩(wěn)定電壓的單PN結(jié)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(dǎo)體器件。在這臨界擊穿點上，反向電阻降低到一個很少的數(shù)值，在這個低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定，穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的，因這種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準元件使用。從而工程師們制造了更多種穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管，以供市場需求。

穩(wěn)壓二極管工作原理——伏安特性

穩(wěn)壓管是利用反向擊多區(qū)的穩(wěn)壓特性進行工作的，因此，穩(wěn)壓管在電路中要與電源電壓反向連接。穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓稱為穩(wěn)定電壓，不同類型穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓也不一樣，某一型號的穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值固定在口定范圍。例如：2CW11的穩(wěn)壓值是3.2伏到4.5伏，其中某一只管子的穩(wěn)壓值可能是3.5伏，另一只管子則可能是4，2伏。

穩(wěn)壓管的質(zhì)量好壞可以用動態(tài)電阻r表示：

從上式可以看出電壓變化量一定時，動態(tài)電阻r的變化有電流的變化決定。工作電流越大動態(tài)電阻r越小，在實際電路中為了使穩(wěn)壓效果好，追求工作電流大使得動態(tài)電阻小。但不能超過管子的最大允許電流。

在實際應(yīng)用中，如果選擇不到穩(wěn)壓值符合需要的穩(wěn)壓管，可以選用穩(wěn)壓值較低的穩(wěn)壓管，然后串聯(lián)幾只硅二極管“枕墊”，把穩(wěn)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(wěn)壓的。但是這種二極管在電路中必須正向連接，這是與穩(wěn)壓管使用時的區(qū)別的。穩(wěn)壓二極管的正向?qū)妷河芍圃鞎r的材料決定，鍺管0.3V，硅管0.7V，

從圖中可以看出穩(wěn)壓二極管和普通二極管并無太大區(qū)別，工作的區(qū)域不同，制造工藝亦不相同。在溫度特性中，穩(wěn)壓二極管和普通二極管同樣受到較大的溫度影響。

穩(wěn)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(wěn)壓二極管呢?

如下圖：對于穩(wěn)壓值小于20V的穩(wěn)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(diào)節(jié)R2當(dāng)待測電壓小于穩(wěn)壓電壓時，穩(wěn)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(shù)慢慢上升，當(dāng)待測電壓大于穩(wěn)壓電壓時，穩(wěn)壓二極體反向阻抗很小，變?yōu)閾舸顟B(tài)，此時萬用表電壓讀數(shù)突然下降，穩(wěn)壓值就讀取電壓突然下降之前的最高電壓，就是穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓值，同時也確定了它是穩(wěn)壓二極管。

穩(wěn)壓二極管工作原理——主要參數(shù)

1)穩(wěn)定電壓Uz

穩(wěn)定電壓就是穩(wěn)壓二極管在反向擊穿區(qū)時的工作電壓，管子兩端的電壓值。這個數(shù)值隨工作電流和溫度的不同略有改變，即使同一型號的穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)定電壓值也有一定的分散性，例如2CW14硅穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓為6～7.5V。

2)耗散功率Pz

反向電流通過穩(wěn)壓二極管的PN結(jié)時，要產(chǎn)生一定的功率損耗，PN結(jié)的溫度也將升高。根據(jù)允許的PN結(jié)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(wěn)壓管的最大功率損耗取決于PN結(jié)的面積和散熱等條件。反向工作時，PN結(jié)的功率損耗為：Pz=Vz*Iz，由Pzm和Vz可以決定Izmax。

3)穩(wěn)定電流Iz

最小穩(wěn)定電流Izmin、大穩(wěn)定電流Izmax穩(wěn)定電流：工作電壓等于穩(wěn)定電壓時的反向電流;最小穩(wěn)定電流：穩(wěn)壓二極管工作于穩(wěn)定電壓時所需的最小反向電流;最大穩(wěn)定電流：穩(wěn)壓二極管允許通過的最大反向電流。

動態(tài)電阻rz其概念與一般二極管的動態(tài)電阻相同，只不過穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻是從它的反向特性上求取的。rz愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 rz=△Vz/△Iz

4)溫度系數(shù)

溫度的變化將使VZ改變，在穩(wěn)壓管中，當(dāng)|VZ|>7V時，Vz具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿。當(dāng)|Vz|<4V時，VZ具有負溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿。

當(dāng)4V<|Vz|<7V時，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標準穩(wěn)壓管使用

穩(wěn)壓二極管工作原理——與二極管的區(qū)別

第一：二極管一般在正向電壓下工作，穩(wěn)壓管則在反向擊穿狀態(tài)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(tài)電阻也比較大。對于穩(wěn)壓管，當(dāng)反向電壓超過其工作電壓Vz(亦稱齊納電壓或穩(wěn)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(yīng)的反向伏安特性曲線非常陡，動態(tài)電阻很小。穩(wěn)壓管可用作穩(wěn)壓器、電壓基準、過壓保護、電平轉(zhuǎn)換器等。本書用ZD符號表示穩(wěn)壓管。

穩(wěn)壓二極管工作原理——應(yīng)用

1、浪涌保護電路：穩(wěn)壓管在準確的電壓下?lián)舸?，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(wěn)壓二極管都可以得到，故對于這種應(yīng)用特別適宜。穩(wěn)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(wěn)壓值D就導(dǎo)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(dāng)EC電壓過高時，D導(dǎo)通，三極管BG導(dǎo)通，其集電極電位將由原來的高電平(5V)變?yōu)榈碗娖?，通過待機控制線的控制使電視機進入待機保護狀態(tài).。

3、電弧抑制電路：在電感線圈上并聯(lián)接入一只合適的穩(wěn)壓二極管(也可接入一只普通二極管一樣)的話，當(dāng)線圈在導(dǎo)通狀態(tài)切斷時，由于其電磁能釋放所產(chǎn)生的高壓就被二極管所吸收，所以當(dāng)開關(guān)斷開時，開關(guān)的電弧也就被消除了。這個應(yīng)用電路在工業(yè)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(lián)穩(wěn)壓電路：在此電路中，串聯(lián)穩(wěn)壓管BG的基極被穩(wěn)壓二極管D鉗定在13V，那么其發(fā)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(yīng)用。

穩(wěn)壓二極管工作原理——注意事項

穩(wěn)壓二極管用途廣泛，使用極多?？雌饋響?yīng)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(wěn)壓二極管串聯(lián)使用，但由于二極管參數(shù)的離散性比較大，不得并聯(lián)使用。

2：溫度對半導(dǎo)體器件的特性影響較大，當(dāng)環(huán)境溫度超過50℃時，溫度每升高1℃，應(yīng)將最大耗散功率降低1%。

3：穩(wěn)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(yīng)不超過8～10s。盡量使用內(nèi)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(wěn)壓二極管的電壓溫度系數(shù)得到補償，可以將穩(wěn)壓二極管與硅二極管(包括硅穩(wěn)壓二極管)串聯(lián)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(lián)使用。