稳压二极管,英文名称Zener d㊣iode,又叫齐纳二极管。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。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件,在这临✅界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持㊣恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基✅准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更高的稳定电压。如下图(✅1)所示,这是稳压二极管的电路图符号,而最上面的是很常见的玻封结构的稳压二极管实物图。
状态①: 正向偏置状态。此状态记下,稳压二极管的特性表现为普通二极管的特性,即:随着正向㊣偏压的㊣提高,正向㊣电流变化很大、很陡!但由于VF(0.3V~0.7V左右)㊣很小,此正向偏置状态基本无使用价值。需要注意的是,不同的稳压二极管的正向压降是不同的。
状态②: 反向偏置状态传感器基础知识。此状态下,当反向电压没达㊣到VBR之前,稳压二极管基本没导通;而当反向偏压接近VBR值时,稳压二极管开㊣始导通,产生IR电✅流。随着✅反向偏压㊣的提高,反向电流IR也会激烈变化得很大、很陡!尽管㊣电流在很大的范围内变化,而二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电压㊣附近,从而实现了二极管的稳压功能。图(2)中的黄域(击穿区)就是稳压二极管的正常工作状态,通常此区域对应的VR区间范围很小,此电压就是稳压二极管的工作点、稳压值。
实际上,齐纳二极管包括㊣两种击穿电压,分别是:齐纳击穿和需崩击穿。在正常㊣工作状态下,反向偏压较低时,对应的反向偏压就是齐纳击穿电压。为了使二极管保持在稳定状态,必须维持最小的反向电流Iz(min)。在图(2)的曲线上,可以见到当反向电流低于曲线拐点处的电流时,电压出现剧烈变化,稳压作用就✅没有了。同样,有一个最大电流Iz㊣(m✅ax)超过电流,二极管就被物理性损坏,此时对应的击穿就是雪崩击穿。因此,我们只要让齐纳二极管的反向电流在Iz(min) ~ Iz(max)之间,齐纳二极管的两端电压保持近似恒定。在稳压二极管的DataSheet上,通常给出一个所谓齐纳测试电流Iz对应的标称测试电压就是Vz。
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。例如,稳压二极管BZV55-C16(立创商城的商品编号:C128822)的Vz(min)为15.3V, Vz(max)则为17.1V。
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。
指稳压✅管两端电压变化✅与电流变化的比值,有些书也称为“齐纳阻抗”。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。例如,2CW7C稳压管的工作电流为 5mA时,Rz为㊣18Ω;工作电流为10mA时,Rz为8Ω;为20mA时,Rz为㊣2Ω✅ ; 20mA则基本维持此数值。
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
如㊣果稳压管的温度变化,它的稳定电压也会发生微小变化,温度变化1℃所引起管子两端电压的相对变化量即是温度系数(单位:﹪/℃)。一般说来稳压值㊣低于6V属于齐纳击穿,温度系数是负的;高于6V的属雪崩击穿,温度系数是正的。温度升高时,耗尽层减小,耗尽层中,原子的价电子㊣上升到较高的能量,较小的电场强度就可以把价电子从原子中激发出来产生齐纳击穿,因此它的温度系数是负的。雪崩击穿发生在耗尽层较宽✅电场强度较低时,温度增加使晶格㊣原子振动幅度加大,阻碍了载㊣流子的运动。这种情况下,只有增加反向电✅压,才能发生雪崩击穿,因此雪崩击穿的电压温度系数是正的。这就是为什么稳压值为15V的稳压管其稳压值随温度逐渐增大的,而稳压值为5V的稳压管其稳压值随温度逐渐减小的原因。例如2CW58稳压管的温度系数是+0.07%/C,即温度每升高1C,其稳压值将✅升高0.07%。
对㊣电源㊣要求比较高的场合,可以用两个温度系数相反的稳压管串联起来作为补偿。由于相互补偿,温度系数大大减小,可使温度系数达到0.0005%/℃。
指稳压二极管在规定的反向电压下产生的漏电流稳压二极管曲线图。例如2CW58稳压管的VR=1V时,IR=O.1uA;在VR=6V时,IR=10uA。
如果输入信号过大,容易损坏运放OP,通过放置齐纳二极管可对Input信号的幅度大小进行限制。注意这种情况下,要选用反向漏电流很小的D1;而信号频率过高的线的等效电容要足够小。
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