穩壓二極管工作原理及定義
貼片型穩壓二極管(齊納二極管)其工作原理可用于穩定調節電流電流的單結二極管,這種穩壓管可在臨界反向擊穿電壓前有很高電阻的半導體器件。
在臨界擊穿點上的穩壓二極管反向電阻數值很小時,低阻區中電流會增加而電壓則保持恒定,這種狀態下的穩壓二極管接入電路中后,電源電壓產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,穩壓二極管可以根據擊穿電壓進行分檔,因為這種獨有的特性,穩壓二極管主要作用于穩壓器及電壓基準元件使用,穩壓二極管還可以串聯起來使用在高電壓上使用,通過串聯的方式可以獲取更多的穩定電壓。
穩壓二極管穩壓電路圖應用解析
D1為穩壓二極管,與負載R2并聯,R1為限流電阻。
在電網電壓升高時,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。但電路中穩壓管D1和負載R2并聯,電壓Vin只要一點增長,就會導致流過穩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,負載電壓的穩定。
從上面的電路描述中可以看出,穩壓二極管的主要工作作用就是在電路電流中起到自動調節作用,而限流電阻工作起到電壓調整作用,穩壓二極管的動態電阻越小,限流電阻越大,輸出的穩定性越好。
穩壓二極管串聯電路使用分析圖
穩壓二極管的性能
穩壓二極管穩壓性能的好壞表達可以用它的動態電阻r來表示:r = (電壓的變化量△U)/(電流的變化量△I)
電路應用中,在相同的電流變化量ΔI中,穩壓二極管兩端的電壓變化量ΔU越小,動態電阻越小,穩壓二極管性能就越好。
穩壓二極管工作特性
1、穩壓二極管動態電阻的變化是根據工作電流產生的,工作電流越大,其動態電阻越小。為保證穩壓管的效果狀態達到最佳狀態,工作電流要選擇合適的,工作電流越大相應的可以減小動態電阻,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、穩壓二極管的穩定性會隨溫度的變化而產生變化,穩定電壓相應的也會發生變化,常用穩定電壓的溫度系數表示這種性能,如:2CW19型穩壓管的穩定電壓Uw=12伏,溫度系數為0.095%℃,說明溫度每升高1℃,其穩定電壓升高11.4毫伏。為提高電路的穩定性,可以采用適當的溫度補償措施,在穩定性能要求高的條件下,可以使用具有溫度補償的穩壓管,例如2DW7A、2DW7W、2DW7C等
特別事項:穩壓二極管和普通二極管最大的區別在于反向擊穿是可逆性的,當去掉反向電壓穩壓管時又可以恢復正常,但是當反向電流超過范圍內的情況下,二極管會發熱被擊穿,所以在電路中配合使用的電阻往往起到限流作用。
穩壓二極管的主要構成參數
Vz= 穩定電壓
指穩壓管通過額定電流時兩端產生的穩定電壓值。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,同一型號穩壓管的穩壓值也不完全一致。例如,2CW51型穩壓管的Vzmin為3.0V, Vzmax則為3.6V。
Iz= 穩定電流
指穩壓管產生穩定電壓時通過該管的電流值。低于此值時,穩壓管雖并非不能穩壓,但穩壓效果會變差;高于此值時,只要不超過額定功率損耗,也是允許的,而且穩壓性能會好一些,但要多消耗電能。
Rz=動態電阻
指穩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,動態電阻則愈小。例如,2CW7C穩壓管的工作電流為5mA時,Rz為18Ω;工作電流為1OmA時,Rz為8Ω;為20mA時,Rz為2Ω ; > 20mA則基本維持此數值。
Pz= 額定功耗。
由芯片允許溫升決定,其數值為穩定電壓Vz和允許最大電流Izm的乘積。例如2CW51穩壓管的Vz為3V,Izm為20mA,則該管的Pz為60mW。
Ctv= 電壓溫度系數
是說明穩定電壓值受溫度影響的參數。例如2CW58穩壓管的Ctv是+0.07%/°C,即溫度每升高1°C,其穩壓值將升高0.07%。
IR=反向漏電流
指穩壓二極管在規定的反向電壓下產生的漏電流。例如2CW58穩壓管的VR=1V時,IR=O.1uA;在VR=6V時,IR=10uA。
穩壓二極管選型口訣
1.導通電壓低時選鍺管,要求反向電流小時選硅管。
2.導通電流大時選面結合型,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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