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解析稳压二极管:原理与使用
相关技术2019年07月24日 17:28

一、稳压二极管定义

稳压二极管,是指利用pn结反向击穿状态,其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象,制成的起稳压作用的二极管。



二、解析稳压二极管原理

稳压二极管的伏安特性曲线的正向特性和普通二极管差不多,反向特性是在反向电压低于反向击穿电压时,反向电阻很大,反向漏电流极小。一般三极管都是正向导通,反向截止;加在二极管上的反向电压如果超过二极管的承受能力,二极管就要击穿损毁。但是有一种二极管,它的正向特性与普通二极管相同,而反向特性却比较特殊:当反向电压加到一定程度时,虽然管子呈现击穿状态,通过较大电流,却不损毁,并且这种现象的重复性很好;只要管子处在击穿状态,尽管流过管子的电在变化很大, 而管子两端的电压却变化极小起到稳压作用。这种特殊的二极管叫稳压管。稳压二极管的型号有2CW、2DW等系列,它的电路符号如下所示。



稳压管的稳压特性,可用下图所示伏安特性曲线很清楚地表示出来。



稳压管是利用反向击多区的稳压特性进行工作的,因此,稳压管在电路中要反向连接。稳压管的反向击穿电压称为稳定电压,不同类型稳压管的稳定电压也不一样,某一型号的稳压管的稳压值固定在指定范围。例 如:2CW11的稳压值是3.2伏到4.5伏,其中某一只管子的稳压值可能是3.5伏,另一只管子则可能是4,2伏。

稳压管稳压性能的好坏,可以用它的动态电阻r来 表示:


显然,对于同样的电流变化量ΔI,稳压管两端的电压变化量ΔU越小,动态电阻越小,稳压管性能就越好。

稳压管的动态电阻是随工作电流变化的,工作电流越大,动态电阻越小。因此,为使稳压效果好,工作电流要选得合适。工作电流选得大些,可以减小动态电阻,但不能超过管子的最大允许电流(或最大耗散功率)。 各种型号管子的工作电流和最大允许电流,可以从手册中查到。

稳压管的稳定性能受温度影响,当温度变化时,它的稳定电压也要发生变化,常用稳定电压的温度系数来表示,这种性能例如2CW19型稳压管的稳定电压Uw= 12伏,温度系数为0.095%℃ ,说明温度每升高1℃,其稳定电压升高11.4毫伏。为提高电路的稳定性能,往往采用适当的温度补偿措施。在稳定性能要求很高时,需使用具有温度补偿的稳 压,如2DW7A、2DW7W、2DW7C 等。


三、稳压二极管的使用


稳压二极管的工作条件

1、反向加在稳压二极管上的电压要大于稳压管的稳压值。

2、通过稳压管的电流要达到其工作条件(也就是反向电流要足够大,一般至少是几个mA)。

稳压二极管的使用方法

1、Vz— 稳定电压。

指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。该值随工作电流和温度的不同而略有改变。由于制造工艺的差别,同一型号稳压管的稳压值也不完全一致。从上面的datasheet可以知道,1N4727的Vz=3V, 1n4728的Vz=3.3V。

2、IzT— 稳定电流。

指稳压管产生稳定电压时通过该管的电流值。低于此值时,稳压管虽并非不能稳压,但稳压效果会变差;高于此值时,只要不超过额定功率损耗,也是允许的,而且稳压性能会好一些,但要多消耗电能。

3、rzJ— 动态电阻。

指稳压管两端电压变化与电流变化的比值。该比值随工作电流的不同而改变,一般是工作电流愈大,动态电阻则愈小。上面的datasheet可以知道,1N4727在Iz=1mA的时候,rzJ=400Ω。

4、Pz— 额定功耗。

由芯片允许温升决定,其数值为稳定电压Vz和允许最大电流Izm的乘积。例如2CW51稳压管的Vz为3V,Izm为20mA,则该管的Pz为60mWo

稳压二极管的接法

稳压二极管电路限流电阻的选取

R太大,则Ir很小,当Il增大时,稳压管的电流可能减小到临界值以下,失去稳压作用;

R太小,则Ir很大,当Rl很大或开路时,Ir都流向稳压管,可能超过其允许定额而造成损坏。

公式:



当两者不能同时满足时,说明在给定条件下已超出稳压管的工作范围,需限制输入电压Ui或负载电流Il的变化范围,或选用更大容量的稳压管。

Izmax:稳压管允许的最大工作电流

Uzmax:电网电压最高时的整流输出电压

Ilmax:负载电流的最大值

简化计算

限流电阻主要考虑负载电流要多大,而不是是稳压管最小工作电流,


稳压二极管在使用上的一些注意事项


1、要注意一般二极管与稳压二极管的区别方法。不少的一般二极管,特别是玻璃封装的管,外形颜色等与稳压二极管较相似,如不细心区别,就会使用错误。区别方法是:看外形,不少稳压二极管为园柱形,较短粗,而一般二极管若为园柱形的则较细长;看标志,稳 压二极管的外表面上都标有稳压值,如5V6,表示稳压值为5.6V。

2、稳压二极管对于大多数的工程研发测试人员来说是再熟悉不过的东西了,几乎每天都要用到它。二极管在临界方向击穿电压前容易表现为电阻过高,导致电压不稳定。而稳压二极管这种硅制作的稳压晶体管在很多电路上都可以起到很好的稳压效果。

3、稳压二极管的伏安特性曲线的正向特性和普通二极管差不多,方向特性是在反向电压低于反向击穿电压时,反向电阻很大,反向漏电流极小。

4.要注意载使用时有没有遵循环境适当控制功率。


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