齊納二極管是一種常用于穩壓器和整形波形的二極管。
它的符號是一個指向彎曲線的箭頭。實際上有三種不同的方法可以在原理圖中繪制齊納二極管符號:
繪制齊納二極管符號的三種方法
普通二極管只允許電流在正向偏置(電流從陽極流向陰極)時流過電路,而齊納二極管在反向偏置(電流朝相反方向流)時也工作。
使用標準二極管時,如果將其反向放置,則不會有電流流動。
至少,看起來是這樣。但實際上,如果你反向施加足夠的電壓,電流就會開始流動。
該電壓稱為二極管的擊穿電壓。
例如,整流二極管1N4001的擊穿電壓為50V。
齊納二極管與標準PN結二極管基本相同。但是,它專門設計用于反向偏置,具有低且指定的反向擊穿電壓。
那么,為什么這很有趣呢?
因為您不限于0.7V的標準正向電壓。您可以將擊穿電壓設計為例如 3.3V 或 12V – 或許多其他電壓。稱之為齊納電壓(Vz)。
這意味著齊納二極管可以充當穩壓器,因為它將各端子的擊穿電壓保持在幾乎恒定的值。
如何制作齊納二極管穩壓器
使用齊納器可以輕松制作穩壓器:只需添加一個電阻器!
以下是它的工作原理:
當在電阻和齊納二極管兩端施加電壓(必須高于齊納電壓)時,二極管開始反向導通,并將兩端的壓降保持在3.3V的恒定值。
其余電壓在電阻兩端壓降。這意味著電阻器充當限流電阻器,因此您可以使用歐姆定律輕松計算電流。
電阻(RS) 限制可以流過電路的最大電流。如果沒有負載連接到電路,則所有電流都流過齊納二極管,導致其耗散其最大功率。
電阻R值較小S為您提供更高的最大電流。但與此同時,您必須確保不超過齊納的最大額定功率。因此,選擇合適的串聯電阻值非常重要。
示例:為12V至3.3V穩壓器選擇電阻器
在本例中,您將使用可以處理高達2W功率的齊納二極管。電阻器的合適值是多少(RS)?
齊納波浪整形
在前面的示例中,您了解了齊納如何與直流電源配合使用。但是,當它與交流電源一起使用時會發生什么?它將如何對不斷變化的信號(如音頻信號)做出反應?
查看以下電路:
在上圖中,齊納二極管的V形Z5V,因此如果波形超過此限制,二極管將“削斷”輸入端的多余電壓,從而產生頂部平坦的波形,保持5V的恒定輸出。
正向偏置時,齊納二極管的行為類似于常規二極管。因此,當波形達到低于0.7V的負值時,齊納二極管的作用類似于典型的整流二極管,導致輸出削波為-0.7V。
齊納二極管示例:失真吉他踏板
二極管削波和箝位電路可以對波形進行整形,以產生具有不同形狀的輸出波形。限波電路削掉交流信號的正極或負極部分,這就是為什么它們通常用作波形整形電路的原因。
當您切斷音頻信號的頂部時,它聽起來會失真。這正是您想要的失真吉他踏板!
但是電吉他的輸出信號不夠高,無法被削波。因此,為了剪輯它,您必須先放大它。這是一個基本的吉他失真踏板電路,它使用齊納二極管來扭曲聲音:
因此,如果構建高于輸出波形的電路將在V處削波Z電壓加0.7V,這是另一個二極管的正向壓降。
齊納二極管特性(I-V 圖)
齊納二極管的I-V特性曲線如上圖所示。通過研究該圖,可以清楚地了解為什么齊納二極管用于反向偏置。
通過觀察齊納二極管的行為,您可以注意到,隨著反向電壓的升高,反向電流也會逐漸增加,直到達到齊納拐電流,IZ(分鐘)。此時,擊穿效應開始,齊納阻抗(ZZ),即二極管的內阻,隨著反向電流的增加而開始迅速減小。
一般來說,齊納的擊穿電壓(VZ) 相當恒定,盡管它隨著齊納電流的增加而略有增加(IZ).VZ通常設置為齊納電流的值,稱為IZ(分鐘)。
齊納二極管能夠在其擊穿區域保持幾乎恒定的電壓,使其即使在最簡單的穩壓器應用中也適合調節電壓。
穩壓器的主要作用是向并聯的負載提供穩定的輸出電壓。即使電源電壓有紋波或負載電流變化,也是如此。齊納二極管可以保持恒定的電壓輸出,只要其反向擊穿區域保持電流不低于IZ(分鐘)。
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