對于從事硬件設計的工作者來說,穩壓管應該是我們在項目中最常用的器件之一了。
其在電路中起穩定電壓的作用。利用二極管被反向擊穿后,在一定反向電流范圍內反向電壓不隨反向電流變化一特點進行穩壓的。
與普通二極管最大區別即是其主要工作在反向擊穿狀態下。
然而何為反向擊穿,反向擊穿電壓又是指的什么?在了解二極管時,必須要搞懂這些名詞。
反向擊穿這個名詞,其實不僅在二極管的學習中會用到,在日后三極管的學習課程中,我們也會遇到這個名詞。
二極管屬于正向導通,反向截止。當施加正向的電壓時,電子能通過二極管。然而當在其兩端施加反向電壓時,電子不能通過二極管,此時電路中的二極管相當于斷路。但這個產生的“斷路”取決于施加在二極管兩端的反向電壓。只要反向電壓足夠大,大到一定值時,二極管就會被擊穿,此時擊穿的反向電壓即為反向擊穿電壓。
然而,穩壓二極管主要是利用了反向擊穿狀態下,電流變化很大,然而電壓基本保持不變的特性最終在電路中起到了穩壓的作用,同時穩壓管的反向擊穿是可逆的。即失去反向電壓后,穩壓管又繼續恢復正常的工作 。只要在承受反向電壓的時候,反向電流不超過所允許的最大范圍,穩壓管就不會發生熱擊穿而損壞。
穩壓二極管在反向擊穿的前后,根據R=U/I,電阻會從很大迅速降低到一個較小值。所以穩壓二極管穩壓的值即為其擊穿電壓值,主要與PN結摻雜濃度有關。
根據二極管的擊穿電壓規定加在二極管上的反向電壓的峰值電壓URWM,一般是反向擊穿電壓的一半或者三分之二。如2CZ52A硅二極管的反向工作峰值電壓為25V,而反向擊穿電壓約為50V,使用時應避免二極管外加的反向電壓過高。
下圖即是穩壓二極管的伏安特性曲線
穩壓二極管的關鍵參數
穩定電壓Uz
穩壓管反向擊穿后穩定工作時的電壓值稱為穩定電壓。
穩定電流Iz
穩壓管反向擊穿后穩定工作時的反向電流稱為穩定電流。穩壓管允許通過的最大反向電流稱為最大穩定電流,使用穩壓管時,工作電流不能超過,一般按大于2倍輸出電壓來設計;
動態電阻Rz
穩壓管在反向擊穿的曲線工作時,電壓變化量 △u 與電流變化量 △i 之比稱為動態電阻,動態電阻越小說明穩壓性能越好;
額定功耗Pz
由芯片允許溫升決定,它的額定值為穩定電壓 Uz 和允許最大電流 Izm 的乘積。
溫度系數α
穩壓管的溫度變化會導致穩定電壓發生微小變化,因此溫度變化1℃所引起管子兩端電壓的相對變化量即是溫度系數,溫度系數越小越好,說明穩壓管受溫度影響很小。
既然是穩壓,且工作狀態 是屬于反向擊穿狀態下,那么穩壓二極管在使用時,其負極接高電位,正極接低電位。
圖為簡單的穩壓電路示意圖
當電網電壓波動時
負載變化
在穩壓電路中,往往會配合著限流電阻R一起使用。
穩壓二極管工作條件:1 處于反向擊穿狀態 2 反向擊穿狀態下Iz
關于穩壓管在電路中,我們常常會見到存在多種組合的使用,如下為簡單的示意圖,我們不僅要了解其作用,還要了解其最終電壓值。
圖1,6V與8V穩壓管均被擊穿,VCC為兩者穩壓的何值。
圖2. 6V穩壓管正向導通,8V穩壓管反向擊穿穩壓,VCC為8V穩壓加上6V穩壓管的正向導通壓降即為8.7V。
圖3. 8V穩壓管正向導通,6V穩壓管反向擊穿穩壓,VCC為6V穩壓加上8V穩壓管的正向導通壓降即為6.7V。
圖4,6V與8V穩壓管均正向導通,VCC為正向導通壓降之和即為1.4V。
圖1,穩壓值低的6V穩壓管先擊穿,8V穩壓處于開路狀態,VCC為6V。
圖2 3 4 至少有一個穩壓管正向導通,所以VCC為0.7V。
最后關于二極管尤其是貼片式的,正負極的區分 我們也要了解一下,主要分為以下方法:
借助放大鏡或者顯微鏡來進行區分認色帶,帶色帶等明顯標記的即為二極管負極,同時在PCB焊盤上,負極也往往會用豎線標記起來。
萬用表測量
將萬用表撥至二極管檔位
將紅黑表筆接觸至二極管兩端,當萬用表顯示0.3-0.6左右的數值時,此時黑表筆接觸的一端為二極管的負極,紅表筆接觸的一端為二極管正極。