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穩壓二極體是利用PN結反向擊穿電壓基本上不隨電流變化的現象製作的、起電壓穩定作用的晶體二極體。穩壓二極體(又叫齊納二極體),此二極體是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件。

1 穩壓二極體 -基本信息

簡介

穩壓二極體
穩壓二極體,英文名稱Zener diode,又叫齊納二極體 。此二極體是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件.在這臨界擊穿點上,反向電阻降低到一個很小的數值,在這個低阻區中電流增加而電壓則保持恆定,穩壓二極體是根據擊穿電壓來分檔的,因為這種特性,穩壓管主要被作為穩壓器或電壓基準元件使用.其伏安特性見圖1,穩壓二極體可以串聯起來以便在較高的電壓上使用,通過串聯就可獲得更多的穩定電壓。
穩壓二極體
原理


穩壓二極體的特點就是反向通電尚未擊穿前,其兩端的電壓基本保持不變。這樣,當把穩壓管接入電路以後,若由於電源電壓發生波動,或其它原因造成電路中各點電壓變動時,負載兩端的電壓將基本保持不變。
穩壓二極體在電路中常用「ZD」加數字錶示,如:ZD5表示編號為5的穩壓管。參數


⑴穩定電壓
⑵電壓溫度係數
⑶動態電阻
⑷穩定電流 ,最大、最小穩定電流
⑸最大允許功耗故障特點


穩壓二極體的故障主要表現在開路、短路和穩壓值不穩定。在這3種故障中,前一種故障表現出電源電壓升高;后2種故障表現為電源電壓變低到零伏或輸出不穩定。色環穩壓二極體


由於小功率穩壓二極體體積小,在管子上標註型號較困難,所以一些國外產品採用色環來表示它的標稱穩定電壓值。如同色環電阻一樣,環的顏色有棕、紅、橙、黃、綠、藍、紫、灰、白、黑,它們分別用來表示數值1、2、3、4、5、6、7、8、9、0。
有的穩壓二極體上僅有2道色環,而有的卻有3道。最靠近負極的為第1環,後面依次為第2環和第3環。
僅有2道色環的。標稱穩定電壓為兩位數,即「×× V」(幾十幾伏)。第1環表示電壓十位上的數值,第2環表示個位上的數值。如:第1、2環顏色依次為紅、黃,則為24V。
有3道色環,且第2、3兩道色環顏色相同的。標稱穩定電壓為一位整數且帶有一位小數,即「×.× V」(幾點幾伏)。第1環表示電壓個位上的數值。第2、3兩道色環(顏色相同)共同表示十分位(小數點后第一位)的數值。如:第1、2、3環顏色依次為灰、紅、紅,則為8.2V。
有3道色環,且第2、3兩道色環顏色不同的。標稱穩定電壓為兩位整數並帶有一位小數,即「××.× V」(幾十幾點幾伏)。第1環表示電壓十位上的數值。第2環表示個位上的數值。第3環表示十分位(小數點后第一位)的數值。不過這種情況較少見,如:棕、黑、黃(10.4V)和棕、黑、灰(10.8V)常用穩壓二極體的型號對照表(註:後面的二極體型號是以1開頭的,如1N4728,1N4729等) 

IN4728 3.3v
IN4729 3.6v
IN4730 3.9v
IN4731 4.3
IN4732 4.7
IN4733 5.1
IN4734 5.6
IN4735 6.2
IN4736 6.8
IN4737 7.5

IN4738 8.2
IN4739 9.1
IN4740 10
IN4741 11
IN4742 12
IN4743 13
IN4744 15
IN4745 16
IN4746 18
IN4747 20

IN4748 22
IN4749 24
IN4750 27
IN4751 30
IN4752 33
IN4753 34
IN4754 35
IN4755 36
IN4756 47
IN4757 51

摩托羅拉IN52系列 0.5w精密穩壓管

IN5226 3.3v
IN5227 3.6v
IN5228 3.9v
IN5229 4.3v
IN5230 4.7v
IN5231 5.1
IN5232 5.6
IN5233 6
IN5234 6.2
IN5235 6.8
IN5236 7.5

IN5237 8.2
IN5238 8.7
IN5239 9.1
IN5240 10
IN5241 11
IN5242 12
IN5243 13
IN5244 14
IN5245 15
IN5246 16
IN5247 17

IN5248 18
IN5249 19
IN5250 20
IN5251 22
IN5252 24
IN5253 25
IN5254 27
IN5255 28
IN5256 30
IN5257 33
溫度係數


如果穩壓管的溫度變化,它的穩定電壓也會發生微小變化,溫度變化1℃所引起管子兩端電壓的相對變化量即是溫度係數。一般說來穩壓值低於6V屬於齊納擊穿,溫度係數是負的;高於6V的屬雪崩擊穿,溫度係數是正的。溫度升高時,耗盡層減小,耗盡層中,原子的價電子上升到較高的能量,較小的電場強度就可以把價電子從原子中激發出來產生齊納擊穿,因此它的溫度係數是負的。雪崩擊穿發生在耗盡層較寬電場強度較低時,溫度增加使晶格原子振動幅度加大,阻礙了載流子的運動。這種情況下,只有增加反向電壓,才能發生雪崩擊穿,因此雪崩擊穿的電壓溫度係數是正的。這就是為什麼穩壓值為15V的穩壓管其穩壓值隨溫度逐漸增大的,而穩壓值為5V的穩壓管其穩壓值隨溫度逐漸減小的原因。
對電源要求比較高的場合,可以用兩個溫度係數相反的穩壓管串聯起來作為補償。由於相互補償,溫度係數大大減小,可使溫度係數達到0.0005%/℃。

2 穩壓二極體 -識別判斷

1.在電路中


穩壓二極體在電路中常用「ZD」加數字錶示,如:ZD1表示編號為1的穩壓管。2.正負極識別


從外形上看,金屬封裝穩壓二極體管體的正極一端為平面形,負極一端為半圓面形。塑封穩壓二極體管體上印有彩色標記的一端為負極,另一端為正極。對標誌不清楚的穩壓二極體,也可以用萬用表判別其極性,測量的方法與普通二極體相同,即用萬用表R×1k檔,將兩表筆分別接穩壓二極體的兩個電極,測出一個結果后,再對調兩表筆進行測量。在兩次測量結果中,阻值較小那一次,黑表筆接的是穩壓二極體的正極,紅表筆接的是穩壓二極體的負極。3.色環穩壓二極體識別


色環穩壓二極體國內產品很少見,大多數來自國外,尤其以日本產品居多。一般色環穩壓二極體都標有型號及參數,詳細資料可在元件手冊上查到。而色環穩壓二極體體積小、功率小、穩壓值大多在10V以內,極易擊穿損壞。色環穩壓二極體的外觀與色環電阻十分相似,因而很容易弄錯。色環穩壓二極體上的色環代表兩個含義:一是代表數字,二是代表小數點位數(通常色環穩壓二極體都是取一位小數,用棕色表示。也可理解為倍率即:×10(的-1次方),具體顏色對應的數字同色環電阻).4. 與普通整流二極體的區分


首先利用萬用表R×1K擋,按把被測管的正、負電極判斷出來。然後將萬用表撥至R×10K擋上,黑表筆接被測管的負極,紅表筆接被測管的正極,若此時測得的反向電阻值比用R×1K擋測量的反向電阻小很多,說明被測管為穩壓管;反之,如果測得的反向電阻值仍很大,說明該管為整流二極體或檢波二極體。這種識別方法的道理是,萬用表R×1K擋內部使用的電池電壓為1.5V,一般不會將被測管反向擊穿,使測得的電阻值比較大。而R×10K擋測量時,萬用表內部電池的電壓一般都在9V以上,當被測管為穩壓管,切穩壓值低於電池電壓值時,即被反向擊穿,使測得的電阻值大為減小。但如果被測管是一般整流或檢波二極體時,則無論用R×1K擋測量還是用R×10K擋測量,所得阻值將不會相差很懸殊。注意,當被測穩壓二極體的穩壓值高於萬用表R×10K擋的電壓值時,用這種方法是無法進行區分鑒別的。

3 穩壓二極體 -應用

1、浪涌保護電路


(如圖2):穩壓管在準確的電壓下擊穿,這就使得它可作為限制或保護之元件來使用,因為各種電壓的穩壓二極體都可以得到,故對於這種應用特別適宜.圖中的穩壓
穩壓二極體
二極體D是作為過壓保護器件.只要電源電壓VS超過二極體的穩壓值D就導通,使繼電器J吸合負載RL就與電源分開.
穩壓二極體
2、電視機里的過壓保護電路


(如圖3):
穩壓二極體
EC是電視機主供電壓,當EC
電壓過高時,D導通, 三極體BG導通,其 集電極電位將由原來的高電平(5V)變為低電平,通過待機控制線的控制使電視機進入待機保護狀態. 3、電弧抑制電路


如圖4:在電感線圈上並聯接入一隻合適的穩壓二極體(也可接入一隻普通 二極體原理一樣)的話,當線圈在導通狀態切斷時,由於其 電磁能釋放所產生的高壓就被二極體所吸收,所以當開關斷開時,開關的電弧也就被消除了。這個應用電路在工業上用得比較多,如一些較大 功率的電磁吸控制電路就用到它. 4、串聯型穩壓電路


(如圖5):
穩壓二極體
在此電路中,串聯穩壓管,BG的基極被穩壓二極體D鉗定在13V,那麼其發射極就輸出恆定的12V電壓了.這個電路在很多場合下都有應用。

4 穩壓二極體 -反向串聯

反向串聯的作用


1、經常在功率較大的放大電路,功率管的基極b與發射極e即發射結並聯兩個反向的二極體,這是通過對發射結輸入電流的分流作用而起保護作用;
2、兩個二極體反向串聯后對與之並聯的電路可起過壓保護作用,當電路過壓時,二極體首先擊穿短路;
雙向過壓保護。這種雙向tvs,雙向過壓保護電路一般用於電子電路,與被保護的PN結並聯,保護該PN免遭反向過電壓的危害;
作用:過壓保護,靜電保護,電壓鉗位,阻尼作用。瞬態電壓抑制器


(Transient Voltage Suppressor)簡稱TVS,是一種二極體形式的高效能保護器件。當TVS二極體的兩極受到反向瞬態高能量衝擊時,它能以10-12秒量級的速度,將其兩極間的高阻抗變為低阻抗,吸收高達數千瓦的浪涌功率,使兩極間的電壓箝位於一個預定值,有效地保護電子線路中的精密元器件,免受各種浪涌脈衝的損壞。
1、將 TVS二極體加在信號及電源線上,能防止微處理器或單片機因瞬間的肪沖,如靜電放電效應、交流電源之浪涌及開關電源的噪音所導致的失靈。
2、靜電放電效應能釋放超過10000V、60A以上的脈衝,並能持續10ms;而一般的TTL器件,遇到超過30ms的10V脈衝時,便會導至損壞。利用TVS二極體,可有效吸收會造成器件損壞的脈衝,並能消除由匯流排之間開關所引起的干擾(Crosstalk)。
3、將TVS二極體放置在信號線及接地間,能避免數據及控制匯流排受到不必要的噪音影響。開關電源中的開關管一般是mos管,由於mos管的G極對靜電或過壓非常敏感,所以為了保護它免遭損壞才加雙向TVS給與保護,一般三極體開關並不害怕靜電,很少有這個保護。
4、如果是兩個穩壓二極體反向串聯,正、反方向電壓到達穩壓值時,電壓被鉗位;
5、如果是兩個穩壓二極體反向串聯,正、反方向電壓到達穩壓值時,電流劇增,電動力增大,起阻尼作用;
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