穩(wěn)壓二極管原理電路及應(yīng)用

1、穩(wěn)壓二極管原理電路及應(yīng)用引言二極管因用途不同而種類繁多。穩(wěn)壓二極管是其中的一種。我們知道晶體二極管具有單向 導(dǎo)電的性能。正向連接時(shí)是導(dǎo)電的（在電路中，二極管的正極接電源的正極，二極管的負(fù)極接電源的負(fù)極），反向連接是不導(dǎo)電的，只有很小很小的漏電流。但是如果給某些特定二極 管反向電壓逐漸加大到某一數(shù)值，二極管就會(huì)被擊穿， 這時(shí)二極管又開始反向?qū)щ?。隨著導(dǎo)電電流逐漸增大（只要電流不是增加到損壞二極管的程度），二極管兩端的電壓卻基本上保持不變，幾乎恒定在二極管擊穿的電壓數(shù)值上。這就是二極管的反向擊穿特性。利用這個(gè)特性，人們制成穩(wěn)壓二極管1。由于這種反向擊穿特性能起穩(wěn)壓作用，所以在電路中穩(wěn)壓二極管 必須

2、反向連接，就是二極管的正極接電源的負(fù)極，二極管的負(fù)極接電源的正極。1 穩(wěn)壓二極管的原理及電路1.1穩(wěn)壓管的特性穩(wěn)壓管的伏安特性曲線如圖 I所示。由圖可見，反向電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，反向電流很 小;當(dāng)反向電壓增高到擊穿電壓時(shí)，反向電流突然劇增，即穩(wěn)壓管反向擊穿；此后，雖然電流在很大范圍內(nèi)變化， 但穩(wěn)壓管兩端的電壓變化很小，這一特性便可用來穩(wěn)壓。 穩(wěn)壓管與其他二極管不同的是，其反向擊穿是可逆的。當(dāng)反向電壓去掉后，穩(wěn)壓管又恢復(fù)正常狀態(tài)但是， 如果反向電流超過允許值，穩(wěn)壓管的PN結(jié)也會(huì)因過熱而損壞。由于硅管的熱穩(wěn)定性比鍺管好，因此一般都用硅管做穩(wěn)壓二極管，例如2CW系列和2DW系列都是硅穩(wěn)壓二極管2

3、圖1硅穩(wěn)壓二極管伏安特性和符號(hào)1.2穩(wěn)壓管的主要參數(shù)1.2.1穩(wěn)定電壓U:穩(wěn)壓管反向擊穿后穩(wěn)定工作時(shí)的電壓值稱為穩(wěn)定電壓，如2CW13型為5V 一 6.5V，具有溫度補(bǔ)償作用的2DW7A型穩(wěn)壓管為5.8V 一 6.6V。對(duì)于某只穩(wěn)壓管，其 Uz是這個(gè)范圍內(nèi)的 某一確定數(shù)值。因此在使用時(shí)，具體數(shù)值需要實(shí)際測(cè)試。1.2.2穩(wěn)定電流Iz穩(wěn)壓管允許通過的最大反向電流稱1 Zmax， 否則穩(wěn)壓管可能損壞。1.2.3動(dòng)態(tài)電阻Rz穩(wěn)壓管在反向擊穿區(qū)的曲線態(tài)電阻，即AB段工作時(shí)，電壓變化量Rz=A Uz/ Iz，Uz與電流變化量Iz之比稱為動(dòng)(I)穩(wěn)壓管反向擊穿后穩(wěn)定工作時(shí)的反向電流稱為穩(wěn)定電流。 為最大穩(wěn)定

4、電流lZmax。使用穩(wěn)壓管時(shí)，工作電流不能超過式中： Uz穩(wěn)壓管兩端電壓的變化量； Iz穩(wěn)壓管流過電流的變化量。由上式可知，若 Rz愈小，則由 Iz引起的Uz的變化量厶Uz愈小，反向特性曲線就愈陡穩(wěn) 壓管的穩(wěn)壓性能就愈好。1.3穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路交流電壓經(jīng)過整流濾波后，所得到的直流電壓雖然脈動(dòng)已經(jīng)很小，但是當(dāng)電源電壓波動(dòng)或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，直流電壓將隨之發(fā)生變化。因此，在整流濾波電路之后常加一級(jí)直流穩(wěn)壓電路。最簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖2所示。Z t/圖2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路當(dāng)交流電源電壓增加而使輸入電壓Ui增加時(shí)，負(fù)載電壓 Uo也將增加，即穩(wěn)壓管兩端的電壓Uz增加，由于Uz稍有增加，穩(wěn)壓管的電流Iz

5、就會(huì)顯著增加，因此電阻R上的壓降增加， 抵消了 Ui的增加，使負(fù)載電壓 Uo(Uo=Ui-U r)基本不變。反之，當(dāng)電源電壓降低時(shí)，通過穩(wěn)壓管的電流IZ減小，電阻R上的壓降減小，使負(fù)載電壓Uo基本不變。當(dāng)電源電壓不變而負(fù)載電流增大時(shí)，電阻R上的壓降增大，負(fù)載電壓 Uo隨之降低。但是，只要Uo稍有下降，穩(wěn)壓管電流就會(huì)顯著減小，使通過電阻R的電流和電阻R上的壓降基本不變，負(fù)載電壓 Uo也基本不變。當(dāng)負(fù)載電流減小時(shí)，穩(wěn)壓過程與此相反。選擇穩(wěn)壓管時(shí)，一般應(yīng)按下列要求選取十(12.穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用2.1基準(zhǔn)電壓源利用穩(wěn)壓二級(jí)管 DZ提供基準(zhǔn)電壓源的電路如圖3所示經(jīng)過全波整流和電容濾波得到直流電壓，再經(jīng)過

6、電阻R和穩(wěn)壓二級(jí)管 DZ組成的穩(wěn)壓電路，向負(fù)載RL提供一個(gè)較平穩(wěn)的直流 電壓。當(dāng)交流電源電壓不穩(wěn)或負(fù)載變化時(shí)，如交流電壓增加，會(huì)使輸出電壓Uo升高，負(fù)載電壓Ul也增大。加在穩(wěn)壓二極管DZ兩端的電壓相應(yīng)增加，假設(shè)此時(shí)穩(wěn)壓管已處于擊穿狀態(tài)，由穩(wěn)壓二極管的伏安特性可知。穩(wěn)壓二極管的電壓稍有增加，其電流會(huì)急劇增加， 流過電阻R的電流隨之增加，Uz電壓增大，使輸出電壓不能升高。從而維持了輸出電壓基本不 變。這就是用穩(wěn)壓二極管作基準(zhǔn)電源的基本原理。OR圖3穩(wěn)壓二級(jí)管DZ提供基準(zhǔn)電壓源22過電壓保護(hù)電路過壓保護(hù)電路分為過低壓保護(hù)和過高壓保護(hù)電路3。某些電路和器件不允許在過低壓下較長時(shí)間工作，為此可采用如圖4

7、所示的穩(wěn)壓二極管作過低電壓保護(hù)電路。當(dāng)電源電壓Us超過穩(wěn)壓管擊穿電壓時(shí)，穩(wěn)壓管DZ擊穿導(dǎo)通，有足夠的電流激勵(lì)繼電器，觸點(diǎn)J1動(dòng)作給負(fù)載RL供電。一旦電源電壓過低（達(dá)不到穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓值）時(shí)，就沒有電流流過繼電器 J, J1 斷開負(fù)載即與電源分開。限流電阻SR的選擇原則是：SR=SU/ Ij-Rj其中Us為電源電壓，OUsIj為繼電器工作電流. Rj為繼電器直流電阻。J1DZ RLR甘圖4穩(wěn)壓二極管作過低電壓保護(hù)電路過高電壓保護(hù)電路：來自電源的浪涌電壓過高可以采用如圖3所示的穩(wěn)壓管保護(hù)。圖 5a是直流電源過電壓保護(hù)電路，圖5b是交流電源過電壓保護(hù)電路。正常狀志下，電源電壓低于穩(wěn)壓管的擊穿電壓，團(tuán)

8、穩(wěn)壓管的反向電阻很大，對(duì)電源相當(dāng)于開路， 穩(wěn)壓管不導(dǎo)通。當(dāng)電源電壓過高時(shí)，穩(wěn)壓管被擊穿導(dǎo)通，且電流增大，電壓受到限制。直流電源過電壓保護(hù)電路圖5b交流電源過電壓保護(hù)電路2.3限幅作用為丁防止放大器等輸出電壓超過限定值可采用如圖6所示穩(wěn)壓管限幅電路。其輸出的電壓峰值被限制在約等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值上該電路為運(yùn)放限幅電路， DZ1和DZ2對(duì)接在反饋電路中。正常工作時(shí)輸出電壓小于穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)定電壓，這條反饋支路不起作用。但當(dāng)輸入電壓達(dá)到條件時(shí)，就有一個(gè)穩(wěn)壓管被擊穿。另一個(gè)正向?qū)?，?fù)反饋加強(qiáng)，使輸出電壓限制在的范圍內(nèi)。ZU為穩(wěn)定電壓，dU為正向?qū)妷骸７€(wěn)壓管用于限幅的基本電路有串聯(lián)和并聯(lián)之分。串

9、聯(lián)限幅的輸出電 壓波形是輸入電壓波形中高于穩(wěn)壓管擊穿電壓的部分，它可用來抑制干擾脈沖，以提高電路的抗干擾能力。還能做鑒幅器。并聯(lián)限幅的輸出電壓波形是輸入波形中低于穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓 的部分，它可以用來整形和穩(wěn)定輸出渡形的幅值。還能將輸入的正弦波整形為方波，或是從壘波整流后的波形得到梯形波。選種梯形渡廣泛應(yīng)用于單結(jié)晶體管的可控觸發(fā)電路中做同步 電源之用。穩(wěn)壓管限幅電路2.4電平移動(dòng)和放大器之間的耦合一些直流放大器各級(jí)之間無耦臺(tái)電容或無變壓器隔離直流時(shí)，各級(jí)間的靜態(tài)工作點(diǎn)會(huì) 相互影響。為了使其各級(jí)之間都能得到一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，且被放大的信號(hào)損失較小， 常用穩(wěn)壓管充當(dāng)耦合元件。由于穩(wěn)壓管工作在反向擊

10、穿區(qū)的電阻很小，幾乎可以無衰減地傳遞信號(hào)。在數(shù)字電路中，由不同類型導(dǎo)電的晶體管組成的分立元件電路和不同種類的數(shù)字集 成電路，它們的信號(hào)電平往往有不同的幅值和極性要求，當(dāng)它們相互連接時(shí)，一般都需要加一個(gè)電平移動(dòng)電路接口。如果前級(jí)輸出電平大于后級(jí)要求的輸入電平，且極性相同，通常不用串聯(lián)或并聯(lián)限幅器； 若前后級(jí)信號(hào)電平極性相反，則電平轉(zhuǎn)移電路可采用如圖5所示的形式，圖中虛線框的穩(wěn)壓管和一個(gè)電阻組成電平電路：它把信號(hào)電平從09.5V變成50V,從而可與集成電路相匹配。從圖7所示波形可以看出：通過電平穆動(dòng)電路后信號(hào)波形不變，但電平移動(dòng)了一個(gè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值。在實(shí)際電路中，常常需要運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)TTL數(shù)

11、字集成電路，而 TTL的工作電壓為5V，多數(shù)運(yùn)算放大器的輸出為這顯然不能直接驅(qū)動(dòng)。可用圖8所示電路使輸出的電壓信號(hào)箝制在 -0.7-5V之間，則可完成驅(qū)動(dòng)4圖丁電壓輸入輸出波形圖呂驅(qū)動(dòng)電路3二極管的型號(hào)3.1二極管的型號(hào)根據(jù)國標(biāo)GB249 一 74半導(dǎo)體器件型號(hào)命名方法規(guī)定，國產(chǎn)二極管的型號(hào)由5個(gè)部分組成，如圖9所示。例如：2CZ10D表示整流二極管，材料為 N型硅，序號(hào)為10,檔次為 D（相當(dāng)于第4檔）。圖日二極管型號(hào)的含義T用漢語拼音字母喪示弊1件規(guī)衲（同科巫號(hào)中器 件的檔次）用數(shù)字表示黑件序號(hào)（某些性 能與番數(shù)的控別）用漢語拼音字母表示總件類5!:春通評(píng), KTF關(guān)気W-ttJiff.發(fā)

12、光獸Z-« ftff X-#*« X-»M堆川一阻尼曾用漢晤攜音字母袞示扱性和材料M-N材料. fr-p».«rw,cn si、確 ti 料p 型、硅材料皚按數(shù)目3.2汽車用整流二極管 根據(jù)汽車專業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn) 用二極管的型號(hào)規(guī)格如表ZBT36008 89ZQ型硅整流元件規(guī)定，汽車交流發(fā)電機(jī)整流 1所列，其中字母Z表示整流管，Q表示汽車拖拉機(jī)用。表1汽車交流發(fā)電機(jī)用整流二極管型號(hào)規(guī)格婁號(hào)正向平 均電滾 /A浪稲 電流/A正向峰值電壓/V反向童反向策 復(fù)峰值復(fù)峰值 電M/mA電壓/V工作結(jié)狠ZCZQ 5560"6<3270-40* +

13、 J5OZQ 10101201.6百3270-40- + 150ZV 1515180怎J .6怎3270-40“ + 150ZQ 2020240<1.6270-40' 十 180ZQ2525»0“6小270-40- + 180ZQ50506001.6直7270-40- *180o tdheevvelaroipmoeunstrbranocahde, asnodf lperaormning proted builogradmin,gan artniew pocwleerdoessrelantoitognsohiip, a nto a lindnkg,o ngoooledaakrage ound of3.3 二極管的選用 二極管廣泛用于整流、檢波和開關(guān)電路中。由于二極管種類較多， 因此在應(yīng)用時(shí)， 首先應(yīng)了 解各種型號(hào)二極管的性能，再根據(jù)使用場(chǎng)合選擇合適的二極管。a. 普通二極管，如2AIP1、從2AP9、2CP1、2CP9等，適用于高頻檢波、限幅 和小電流整流等。b. 整流二極管，如1CZII、2CZ27等，適用于不同功率的整流器。C.開關(guān)二極管，如 1AK1、1AK4 , 1CK1、2CK19等，適用于計(jì)算機(jī)、脈沖控 制電路和開關(guān)電路。d.穩(wěn)壓二極管，如 2CW1、2CW10 , 2DW1、2DW7等，適用于各種穩(wěn)壓電路 5。參考文獻(xiàn)1 敬樹賢穩(wěn)壓二極管的工作