穩(wěn)壓二極管工作原理及定義
貼片型穩(wěn)壓二極管(齊納二極管)其工作原理可用于穩(wěn)定調(diào)節(jié)電流電流的單結(jié)二極管,這種穩(wěn)壓管可在臨界反向擊穿電壓前有很高電阻的半導(dǎo)體器件。
在臨界擊穿點上的穩(wěn)壓二極管反向電阻數(shù)值很小時,低阻區(qū)中電流會增加而電壓則保持恒定,這種狀態(tài)下的穩(wěn)壓二極管接入電路中后,電源電壓產(chǎn)生波動或其它原因造成的電路中各處的電壓變動時,負載兩端的電壓基本能夠保持不變,穩(wěn)壓二極管可以根據(jù)擊穿電壓進行分檔,因為這種獨有的特性,穩(wěn)壓二極管主要作用于穩(wěn)壓器及電壓基準元件使用,穩(wěn)壓二極管還可以串聯(lián)起來使用在高電壓上使用,通過串聯(lián)的方式可以獲取更多的穩(wěn)定電壓。
穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路圖應(yīng)用解析
D1為穩(wěn)壓二極管,與負載R2并聯(lián),R1為限流電阻。
在電網(wǎng)電壓升高時,電路的輸入電壓Vin也會隨之升高,在而會引起負載電壓Vout的升高。但電路中穩(wěn)壓管D1和負載R2并聯(lián),電壓Vin只要一點增長,就會導(dǎo)致流過穩(wěn)壓二極管的電流急劇增加上升,促使I的增大。限流電阻R1的電壓降增大,可以抵消Vout的升高,可以保持負載電壓Vout的不變。相反,當電網(wǎng)的電壓降低時,會引起電壓Vin的下降,負載電壓Vout也會下降,此時電路中的穩(wěn)壓二極管電流會急劇減小,I減小,R1壓降減小,從而抵消掉電壓Vin的小江,保持負載電壓Vout的不變。當電壓Vin不變負載電流增加是,R1的壓降增加,負載電壓Vout下降,負載電壓只要下降一點點就會促使穩(wěn)壓二極管中的電流迅速減小,促使R1的壓降減小下來,保持R1的壓降基本不變,負載電壓的穩(wěn)定。
從上面的電路描述中可以看出,穩(wěn)壓二極管的主要工作作用就是在電路電流中起到自動調(diào)節(jié)作用,而限流電阻工作起到電壓調(diào)整作用,穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻越小,限流電阻越大,輸出的穩(wěn)定性越好。
穩(wěn)壓二極管串聯(lián)電路使用分析圖
穩(wěn)壓二極管的性能
穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓性能的好壞表達可以用它的動態(tài)電阻r來表示:r = (電壓的變化量△U)/(電流的變化量△I)
電路應(yīng)用中,在相同的電流變化量ΔI中,穩(wěn)壓二極管兩端的電壓變化量ΔU越小,動態(tài)電阻越小,穩(wěn)壓二極管性能就越好。
穩(wěn)壓二極管工作特性
1、穩(wěn)壓二極管動態(tài)電阻的變化是根據(jù)工作電流產(chǎn)生的,工作電流越大,其動態(tài)電阻越小。為保證穩(wěn)壓管的效果狀態(tài)達到最佳狀態(tài),工作電流要選擇合適的,工作電流越大相應(yīng)的可以減小動態(tài)電阻,但是最好不要超過管子的最大允許電流及最大耗散功率(各種型號管子的工作電流和最大允許電流,可以從手冊中查到)。
2、穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定性會隨溫度的變化而產(chǎn)生變化,穩(wěn)定電壓相應(yīng)的也會發(fā)生變化,常用穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)表示這種性能,如:2CW19型穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓Uw=12伏,溫度系數(shù)為0.095%℃,說明溫度每升高1℃,其穩(wěn)定電壓升高11.4毫伏。為提高電路的穩(wěn)定性,可以采用適當?shù)臏囟妊a償措施,在穩(wěn)定性能要求高的條件下,可以使用具有溫度補償?shù)姆€(wěn)壓管,例如2DW7A、2DW7W、2DW7C等
特別事項:穩(wěn)壓二極管和普通二極管最大的區(qū)別在于反向擊穿是可逆性的,當去掉反向電壓穩(wěn)壓管時又可以恢復(fù)正常,但是當反向電流超過范圍內(nèi)的情況下,二極管會發(fā)熱被擊穿,所以在電路中配合使用的電阻往往起到限流作用。
穩(wěn)壓二極管的主要構(gòu)成參數(shù)
Vz= 穩(wěn)定電壓
指穩(wěn)壓管通過額定電流時兩端產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓值。該值隨工作電流和溫度的不同而略有改變。由于制造工藝的差別,同一型號穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值也不完全一致。例如,2CW51型穩(wěn)壓管的Vzmin為3.0V, Vzmax則為3.6V。
Iz= 穩(wěn)定電流
指穩(wěn)壓管產(chǎn)生穩(wěn)定電壓時通過該管的電流值。低于此值時,穩(wěn)壓管雖并非不能穩(wěn)壓,但穩(wěn)壓效果會變差;高于此值時,只要不超過額定功率損耗,也是允許的,而且穩(wěn)壓性能會好一些,但要多消耗電能。
Rz=動態(tài)電阻
指穩(wěn)壓管兩端電壓變化與電流變化的比值。該比值隨工作電流的不同而改變,一般是工作電流愈大,動態(tài)電阻則愈小。例如,2CW7C穩(wěn)壓管的工作電流為5mA時,Rz為18Ω;工作電流為1OmA時,Rz為8Ω;為20mA時,Rz為2Ω ; > 20mA則基本維持此數(shù)值。
Pz= 額定功耗。
由芯片允許溫升決定,其數(shù)值為穩(wěn)定電壓Vz和允許最大電流Izm的乘積。例如2CW51穩(wěn)壓管的Vz為3V,Izm為20mA,則該管的Pz為60mW。
Ctv= 電壓溫度系數(shù)
是說明穩(wěn)定電壓值受溫度影響的參數(shù)。例如2CW58穩(wěn)壓管的Ctv是+0.07%/°C,即溫度每升高1°C,其穩(wěn)壓值將升高0.07%。
IR=反向漏電流
指穩(wěn)壓二極管在規(guī)定的反向電壓下產(chǎn)生的漏電流。例如2CW58穩(wěn)壓管的VR=1V時,IR=O.1uA;在VR=6V時,IR=10uA。
穩(wěn)壓二極管選型口訣
1.導(dǎo)通電壓低時選鍺管,要求反向電流小時選硅管。
2.導(dǎo)通電流大時選面結(jié)合型,要求工作頻率高時選點接觸型。
3.反向擊穿電壓高時選硅管。
4.耐高溫時選硅管。
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