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?qū)щ姷男阅?。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(kāi)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 必須反向

2、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(jiàn)，反向電壓在一定圍變化時(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，雖然電流在很大圍變化，但穩(wěn)壓管兩端的電壓變化很小，這一特性便可用來(lái)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(guò)允許值，穩(wěn)壓管的PN結(jié)也會(huì)因過(guò)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25使0棒M圖1硅穩(wěn)

3、壓二極管伏安特性和符號(hào)1.2穩(wěn)壓管的主要參數(shù)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 6.6V。對(duì)于某只穩(wěn)壓管，其 Uz是這個(gè)圍的某一 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。穩(wěn)定電流Iz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。穩(wěn)壓管允許通過(guò)的最大反向電流稱為最大穩(wěn)定電流IZmax。使用穩(wěn)壓管時(shí)，工作電流不能超過(guò)IZmax，否則穩(wěn)壓管可能損壞。動(dòng)態(tài)電阻Rz穩(wěn)壓管在反向擊穿區(qū)的曲線AB段工作時(shí)，電壓變化量 Uz與電流變化量 Iz之比稱為動(dòng)態(tài)電阻，即Rz= UzZ AIz,(I)

4、式中： Uz 穩(wěn)壓管兩端電壓的變化量；Az 穩(wěn)壓管流過(guò)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(guò)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。R艸® %Vi D；土U。！ “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就會(huì)顯著增

5、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(guò)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(guò)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(guò)程與此相反。選擇穩(wěn)壓管時(shí)，一般應(yīng)按下列要求選取2.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(guò)全波整流和電容濾波得到直流電壓，再經(jīng)過(guò)電阻 R和穩(wěn)

6、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(guò)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。chui RhitD25 RL1 *1圖3穩(wěn)壓二級(jí)管DZ提供基準(zhǔn)電壓源2.2過(guò)電壓保護(hù)電路過(guò)壓保護(hù)電路分為過(guò)低壓保護(hù)和過(guò)高壓保護(hù)電路3。某些電路和器件不允許在過(guò)低壓下

7、較長(zhǎng)時(shí)間工作，為此可采用如圖4所示的穩(wěn)壓二極管作過(guò)低電壓保護(hù)電路。當(dāng)電源電壓Us超過(guò)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(guò)低（達(dá)不到穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓值）時(shí)，就沒(méi)有電流流過(guò)繼電器J，J1斷開(kāi)負(fù)載即與電源分開(kāi)。限流電阻SR的選擇原則是：SR=SU / Ij-Rj其中Us為電源電壓，Ij為繼電器工作電流.Rj為繼電器直流電阻。DZRS圖4穩(wěn)壓二極管作過(guò)低電壓保護(hù)電路過(guò)高電壓保護(hù)電路：來(lái)自電源的浪涌電壓過(guò)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(guò)電壓保護(hù)電路，圖5b是交流電源過(guò)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

8、電壓，團(tuán)穩(wěn)壓管的反向電阻很大，對(duì)電源相當(dāng)于開(kāi)路， 穩(wěn)壓管不導(dǎo)通。當(dāng)電圖毗 交流電源過(guò)電壓保護(hù)電路源電壓過(guò)高時(shí)，穩(wěn)壓管被擊穿導(dǎo)通，且電流增大，電壓受到限制。圖5殂直流電源過(guò)電壓保護(hù)電罌2.3限幅作用為丁防止放大器等輸出電壓超過(guò)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 ZdSCUUU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 ZdUU 的圍。ZU為穩(wěn)定電壓，dU為正向?qū)妷?。穩(wěn)壓管用

9、于限幅的基本電路有串聯(lián)和并聯(lián)之分。串聯(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(lái)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(lái)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。圈呂穩(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(wú)耦臺(tái)電容或無(wú)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

10、充當(dāng)耦合元件。由于穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)的電阻很小，幾乎可以無(wú)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(guò)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

11、，常常需要運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)TTL數(shù)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I2V，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 -0.75V之間，則可完成驅(qū)動(dòng)4(IVui圖碼區(qū)動(dòng)龜路oOlk° ° ° T用漢ifi攜音字母我示藩 件槁（卜1沖曜弩中揺 件的fl疋_用字蠱亦1件序號(hào)M»t 1»與妊的J&BO用找洛擠音宇母震顧H件襄BfP 通 一 Kff JfeW. WBFEW.StAW, AV.C*««X«FU4.N-m 尼 If用段諧拼普爭(zhēng)卻去亦械性如材料，A- N型、M

12、l材啊.*»«a圉5一換筍軍號(hào)國(guó)帝炭3.2汽車(chē)用整流二極管根據(jù)汽車(chē)專業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn) ZBT36008 89ZQ型硅整流元件規(guī)定，汽車(chē)交流發(fā)電機(jī)整流用二極管的型號(hào)規(guī)格如表1所列，其中字母 Z表示整流管，Q表示汽車(chē)拖拉機(jī)用。蔻1汽車(chē)交潦發(fā)電機(jī)用整流二極管型號(hào)規(guī)格正向平M正向峰反向縝反向竄號(hào)均電淹電淹值電壓復(fù)峰值復(fù)峰值工作站8丹二ZA/A/V電A/mA電壓/VZQ5560a£1.6270*40* + 150ZQ 1010120召1”270-40- +150ZQ 1515180 1.6宅3270-心 +150ZQ2020240W】6転32TO-40* + 130ZQ25253

13、0036w327040- +180ZQ5050600妄1.6270-40- r ISOa. 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(kāi)關(guān)二極管，女口 1AK1、1AK4 , 1CK1、2CK19等，適用于計(jì)算機(jī)、脈沖控 制電路和開(kāi)關(guān)電路。d.穩(wěn)壓二極管，如 2CW1、2CW10 , 2DW1、2DW7等，適用于各種穩(wěn)壓電路圖中的Rb2有什么作用？第一段話的電平移動(dòng)又指的是什么?向左轉(zhuǎn)|向右轉(zhuǎn)向左轉(zhuǎn)|向右轉(zhuǎn)Rb2在這里有兩個(gè)作用，一是為穩(wěn)壓二極管VDz限流，二是其上壓降隨前級(jí)放大器輸出電壓而