穩壓二極管(又叫齊納二極管),穩壓二極管是一種用于穩定電壓的單PN結二極管。此二極管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少的數值,在這個低阻區中電流增加而電壓則保持恒定,穩壓二極管是根據擊穿電壓來分檔的,因這種特性,穩壓管主要被作為穩壓器或電壓基準元件使用。從而工程師們制造了更多種穩壓值的穩壓管,以供市場需求。
穩壓二極管是如何穩壓----穩壓二極管的工作原理
晶體二極管為一個由p型半導體和n型半導體形成的p-n結,在其界面處兩側形成空間電荷層,并建有自建電場。當不存在外加電壓時,由于p-n結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態。當外界有正向電壓偏置時,外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當外界有反向電壓偏置時,外界電場和自建電場進一步加強,形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流I0。當外加的反向電壓高到一定程度時,p-n結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產生載流子的倍增過程,產生大量電子空穴對,產生了數值很大的反向擊穿電流,稱為二極管的擊穿現象。
穩壓二極管電路圖
若電網電壓升高,整流電路的輸出電壓Usr也隨之升高,引起負載電壓Usc升高。由于穩壓管DW與負載Rfz并聯,Usc只要有根少一點增長,就會使流過穩壓管的電流急劇增加,使得I1也增大,限流電阻R1上的電壓降增大,從而抵消了Usr的升高,保持負載電壓Usc基本不變。反之,若電網電壓降低,引起Usr下降,造成Usc也下降,則穩壓管中的電流急劇減小,使得I1減小,R1上的壓降也減小,從而抵消了Usr的下降,保持負載電壓Usc基本不變。
若Usr不變而負載電流增加,則R1上的壓降增加,造成負載電壓Usc下降。Usc只要下降一點點,穩壓管中的電流就迅速減小,使R1上的壓降再減小下來,從而保持R1上的壓降基本不變,使負載電壓Usc得以穩定。
穩壓二極管是如何穩壓----主要參數
1)穩定電壓Uz
穩定電壓就是穩壓二極管在反向擊穿區時的工作電壓,管子兩端的電壓值。這個數值隨工作電流和溫度的不同略有改變,即使同一型號的穩壓二極管,穩定電壓值也有一定的分散性,例如2CW14硅穩壓二極管的穩定電壓為6~7.5V。
2)耗散功率Pz
反向電流通過穩壓二極管的PN結時,要產生一定的功率損耗,PN結的溫度也將升高。根據允許的PN結工作溫度決定出管子的耗散功率。通常小功率管約為幾百毫瓦至幾瓦。最大耗散功率Pzm:是穩壓管的最大功率損耗取決于PN結的面積和散熱等條件。反向工作時,PN結的功率損耗為:Pz=Vz*Iz,由Pzm和Vz可以決定Izmax。
3)穩定電流Iz
最小穩定電流Izmin、大穩定電流Izmax穩定電流:工作電壓等于穩定電壓時的反向電流;最小穩定電流:穩壓二極管工作于穩定電壓時所需的最小反向電流;最大穩定電流:穩壓二極管允許通過的最大反向電流。
動態電阻rz其概念與一般二極管的動態電阻相同,只不過穩壓二極管的動態電阻是從它的反向特性上求取的。rz愈小,反映穩壓管的擊穿特性愈陡。rz=△Vz/△Iz
4)溫度系數
溫度的變化將使VZ改變,在穩壓管中,當|VZ|》7V時,Vz具有正溫度系數,反向擊穿是雪崩擊穿。當|Vz|<4V時,VZ具有負溫度系數,反向擊穿是齊納擊穿。
當4V<|Vz|<7V時,穩壓管可以獲得接近零的溫度系數。這樣的穩壓二極管可以作為標準穩壓管使用。