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穩(wěn)壓二極管的工作原理及關鍵參數(shù)

2022年11月08日 16:31 CSDN技術社區(qū) 作者:硬件一小白 用戶評論(0

對于從事硬件設計的工作者來說,穩(wěn)壓管應該是我們在項目中最常用的器件之一了。

穩(wěn)壓二極管,其又被稱為齊納二極管。

其在電路中起穩(wěn)定電壓的作用。利用二極管被反向擊穿后,在一定反向電流范圍內反向電壓不隨反向電流變化一特點進行穩(wěn)壓的。

與普通二極管最大區(qū)別即是其主要工作在反向擊穿狀態(tài)下。

然而何為反向擊穿,反向擊穿電壓又是指的什么?在了解二極管時,必須要搞懂這些名詞。

反向擊穿這個名詞,其實不僅在二極管的學習中會用到,在日后三極管的學習課程中,我們也會遇到這個名詞。

二極管屬于正向導通,反向截止。當施加正向的電壓時,電子能通過二極管。然而當在其兩端施加反向電壓時,電子不能通過二極管,此時電路中的二極管相當于斷路。但這個產(chǎn)生的“斷路”取決于施加在二極管兩端的反向電壓。只要反向電壓足夠大,大到一定值時,二極管就會被擊穿,此時擊穿的反向電壓即為反向擊穿電壓。

然而,穩(wěn)壓二極管主要是利用了反向擊穿狀態(tài)下,電流變化很大,然而電壓基本保持不變的特性最終在電路中起到了穩(wěn)壓的作用,同時穩(wěn)壓管的反向擊穿是可逆的。即失去反向電壓后,穩(wěn)壓管又繼續(xù)恢復正常的工作 。只要在承受反向電壓的時候,反向電流不超過所允許的最大范圍,穩(wěn)壓管就不會發(fā)生熱擊穿而損壞。

穩(wěn)壓二極管在反向擊穿的前后,根據(jù)R=U/I,電阻會從很大迅速降低到一個較小值。所以穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓的值即為其擊穿電壓值,主要與PN結摻雜濃度有關。

根據(jù)二極管的擊穿電壓規(guī)定加在二極管上的反向電壓的峰值電壓URWM,一般是反向擊穿電壓的一半或者三分之二。如2CZ52A硅二極管的反向工作峰值電壓為25V,而反向擊穿電壓約為50V,使用時應避免二極管外加的反向電壓過高。

下圖即是穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線

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穩(wěn)壓二極管的關鍵參數(shù)

穩(wěn)定電壓Uz

穩(wěn)壓管反向擊穿后穩(wěn)定工作時的電壓值稱為穩(wěn)定電壓。

穩(wěn)定電流Iz

穩(wěn)壓管反向擊穿后穩(wěn)定工作時的反向電流稱為穩(wěn)定電流。穩(wěn)壓管允許通過的最大反向電流稱為最大穩(wěn)定電流,使用穩(wěn)壓管時,工作電流不能超過,一般按大于2倍輸出電壓來設計;

動態(tài)電阻Rz

穩(wěn)壓管在反向擊穿的曲線工作時,電壓變化量 △u 與電流變化量 △i 之比稱為動態(tài)電阻,動態(tài)電阻越小說明穩(wěn)壓性能越好;

額定功耗Pz

芯片允許溫升決定,它的額定值為穩(wěn)定電壓 Uz 和允許最大電流 Izm 的乘積。

溫度系數(shù)α

穩(wěn)壓管的溫度變化會導致穩(wěn)定電壓發(fā)生微小變化,因此溫度變化1℃所引起管子兩端電壓的相對變化量即是溫度系數(shù),溫度系數(shù)越小越好,說明穩(wěn)壓管受溫度影響很小。

既然是穩(wěn)壓,且工作狀態(tài) 是屬于反向擊穿狀態(tài)下,那么穩(wěn)壓二極管在使用時,其負極接高電位,正極接低電位。

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圖為簡單的穩(wěn)壓電路示意圖

當電網(wǎng)電壓波動時

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負載變化

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在穩(wěn)壓電路中,往往會配合著限流電阻R一起使用。

穩(wěn)壓二極管工作條件:1 處于反向擊穿狀態(tài) 2 反向擊穿狀態(tài)下Iz

關于穩(wěn)壓管在電路中,我們常常會見到存在多種組合的使用,如下為簡單的示意圖,我們不僅要了解其作用,還要了解其最終電壓值。

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圖1,6V與8V穩(wěn)壓管均被擊穿,VCC為兩者穩(wěn)壓的何值。

圖2. 6V穩(wěn)壓管正向導通,8V穩(wěn)壓管反向擊穿穩(wěn)壓,VCC為8V穩(wěn)壓加上6V穩(wěn)壓管的正向導通壓降即為8.7V。

圖3. 8V穩(wěn)壓管正向導通,6V穩(wěn)壓管反向擊穿穩(wěn)壓,VCC為6V穩(wěn)壓加上8V穩(wěn)壓管的正向導通壓降即為6.7V。

圖4,6V與8V穩(wěn)壓管均正向導通,VCC為正向導通壓降之和即為1.4V。

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圖1,穩(wěn)壓值低的6V穩(wěn)壓管先擊穿,8V穩(wěn)壓處于開路狀態(tài),VCC為6V。

圖2 3 4 至少有一個穩(wěn)壓管正向導通,所以VCC為0.7V。

最后關于二極管尤其是貼片式的,正負極的區(qū)分 我們也要了解一下,主要分為以下方法:

借助放大鏡或者顯微鏡來進行區(qū)分認色帶,帶色帶等明顯標記的即為二極管負極,同時在PCB焊盤上,負極也往往會用豎線標記起來。

萬用表測量

將萬用表撥至二極管檔位

將紅黑表筆接觸至二極管兩端,當萬用表顯示0.3-0.6左右的數(shù)值時,此時黑表筆接觸的一端為二極管的負極,紅表筆接觸的一端為二極管正極。

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( 發(fā)表人:湯梓紅 )

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