稳压二极管工作原理及故障特点

稳压二极管工作原理及故障特点

电子元件基础知识2009-09-28 18:25:27 阅读2029 评论0 字号：大中小订阅

稳压二极管工作原理及故障特点

稳压二极管的稳压原理：

稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。

稳压二极管在电路中常用“ZD”加数字表示，如：ZD5表示编号为5的稳压管。

故障特点：

稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。在这3种故障中，前一种故障表现出电源电压升高；后2种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定。

常用稳压二极管的型号及稳压值如下表：

型号1N4728 1N4729 1N4730 1N4732 1N4733 1N4734 1N4735 1N4744 1N4750 1N4751 1N4761

稳压

值 3.3V 3.6V 3.9V 4.7V 5.1V 5.6V 6.2V 15V 27V 30V 75V 稳压管也是一种晶体二极管，它是利用PN结的击穿区具有稳定电压的特性来工作的。稳压管在稳压设备和一些电子电路中获得广泛的应用。我们把这种类型的二极管称为稳压管，以区别用在整流、检波和其他单向导电场合的二极管。如图画出了稳压管的伏安特性及其符号。

稳压二极管的作用及工作原理

稳压二极管工作原理一种用于稳定电压的单伪结二极管。它的伏安特性，电路符号如图所示。结构同整流二极管。加在稳压二极管的反向电压增加到一定数值时，将可能有大量载流子隧穿伪结的位垒，形成大的反向电流，此时电压基本不变，称为隧道击穿。当反向电压比较高时，在位垒区内将可能产生大量载流子，受强电场作用形成大的反向电流，而电压亦基本不变，为雪崩击穿。因此，反向电压临近击穿电压时，反向电流迅速增加，而反向电压几乎不变。这个近似不变的电压称为齐纳电压（隧道击穿）或雪崩电压（雪崩击穿）。

稳压二极管的主要参数

1.Vz—稳定电压。

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，2CW51型稳压管的Vzmin为3.0V, Vzmax则为3.6V。

2.Iz—稳定电流。

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。

3.Rz—动态电阻。

指稳压管两端电压变化与电流变化的比值。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1OmA时，Rz为8Ω;为20mA时，Rz为2Ω ; >

20mA则基本维持此数值。

4.Pz—额定功耗。

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

5.Ctv—电压温度系数。

是说明稳定电压值受温度影响的参数。例如2CW58稳压管的Ctv是+0.07%/°C，即温度每升高1°C，其稳压值

将升高0.07%。

6.IR—反向漏电流。

指稳压二极管在规定的反向电压下产生的漏电流。例如2CW58稳压管的VR=1V时，IR=O.1uA;在VR=6V时，

IR=10uA。

(三)选择二极管的基本原则

1.要求导通电压低时选锗管;要求反向电流小时选硅管。

2.要求导通电流大时选面结合型;要求工作频率高时选点接触型。

3.要求反向击穿电压高时选硅管。

4.要求耐高温时选硅管。

稳压二极管(齐纳管)工作原理

2009/05/21 10:05 P.M.

在通常情况下，反向偏置的PN结中只有一个很小的电流。这个漏电流一直保持一个常数，直到反向电压超过某个特定的值，超过这个值之后PN结突然开始有大电流导通（图1.15）。这个突然的意义重大的反向导通就是反向击穿，如果没有一些外在的措施来限制电流的话，它可能导致器件的损坏。反向击穿通常设置了固态器件的最大工作电压。然而，如果采取适当的预防措施来限制电流的话，反向击穿的结能作为一个非常稳定的参考电压。

图1.15 PN结二极管的反向击穿。

导致反向击穿的一个机制是avalanche multiplication。考虑一个反向偏置的PN结。耗尽区随着偏置上升而加宽，但还不够快到阻止电场的加强。强大的电场加速了一些载流子以非常高的速度穿过耗尽区。当这些载流子碰撞到晶体中的原子时，他们撞击松的价电子且产生了额外的载流子。因为一个载流子能通过撞击来产生额外的成千上外的载流子就好像一个雪球能产生一场雪崩一样，所以这个过程叫avalanche multiplication。

反向击穿的另一个机制是tunneling。Tunneling是一种量子机制过程，它能使粒子在不管有任何障碍存在时都能移动一小段距离。如果耗尽区足够薄，那么载流子就能靠tunneling跳跃过去。Tunneling电流主要取决于耗尽区宽度和结上的电压差。Tunneling引起的反向击穿称为齐纳击穿。

结的反向击穿电压取决于耗尽区的宽度。耗尽区越宽需要越高的击穿电压。就如先前讨论的一样，掺杂的越轻，耗尽区越宽，击穿电压越高。当击穿电压低于5伏时，耗尽区太薄了，主要是齐纳击穿。当击穿电压高于5伏时，主要是雪崩击穿。设计出的主要工作于反向导通的状态的PN二极管根据占主导地位的工作机制分别称为齐纳二极管或雪崩二极管。齐纳二极管的击穿电压低于5伏，而雪崩二极管的击穿电压高于5伏。通常工程师们不管他们的工作原理都把他们称为齐纳管。因此主要靠雪崩击穿工作的7V齐纳管可能会使人迷惑不解。

实际上，结的击穿电压不仅和它的掺杂特性有关还和它的几何形状有关。以上讨论分析了一种由两种均匀掺杂的半导体区域在一个平面相交的平面结。尽管有些真正的结近似这种理想情况，大多数结是弯曲的。曲率加强了电场，降低了

击穿电压。曲率半径越小，击穿电压越低。这个效应对薄结的击穿电压由很大的影响。大多数肖特基二极管在金属－硅交

界面边缘有一个很明显的断层。电场强化能极大的降低肖特基二极管的测量击穿电压，除非有特别的措施能削弱Schottky

barrier边缘的电场。

图1.16是以上所讨论的所有的电路符号。PN结用一根直线代表阴极，而肖特基二极管和齐纳二极管则对阴极端做

了一些修饰。在所有这些图例中，箭头的方向都表示了二极管正向偏置下的电流方向。在齐纳二极管中，这个箭头可能有

些误导，因为齐纳管通常工作在反向偏置状态下。对于casual observer来说，这个符号出现时旁边应该再插入一句“方向

反了”。

图1.16 PN结，肖特基，和齐纳二极管的电路图符号。有些电路图符号中箭头是空心的或半个箭头。

经常看到问关于稳压管（齐纳管）的问题，所以略做总结。

齐纳管一般有两种用法（以下IZ为工作电流，UZ为标称稳压电压，UW为实际工作电压）：

1 正常工作时处于"导通"状态，IZ≥0.1mA量级，此时齐纳管起稳压作用，UW≈UZ。

2 正常工作时处于"截止"状态，即UW

其实常用齐纳管主要分两类，一类就是通常所谓的"稳压管"，另一类是TVS类器件。前者通常是第一种用法，后者

通常是第二种用法。但也不绝对，两者只是特性参数各有特点。普通的稳压管同样可以用作保护器件，只是响应速度差一

些，不适合需要抑制极高速度脉冲干扰的场合。TVS也可以拿来当稳压管用，当然也不合适。

总结一下，我发现初学者常犯如下几种错误：

1．把齐纳管特性想得太美好：当UW7V），那曲线还凑合，换个低压的，例如3V的，那实际曲线真是够"柔美"

的，1.5V电压时就有很大电流了，直到IZ增加到数十mA，UZ才懒洋洋地达到标称值，简直就是个抛物线嘛。

2．用齐纳管做保护的，一不懂世间万事皆有代价，这里的代价就是漏电流IR（"截止"状态下的IZ）：IR>0；二不

懂世间万事皆须留有余地，这里的余地就是确保"截止"的电压余量UM：UM＝UZ-UW>0（IR→很小）；三不懂世间万事

皆有弹性（让步），这里的弹性就是导通状态下UW随着IZ增加的增量UP：UP=UW-UZ>0（IR→很大）。而且即使留

了余地，付出了代价，仍然要做让步。要减小IR，就要提高ΔU，也就是选高UZ的管子，但这样又会降低保护的"力度"。

3．不明白齐纳管动态内阻dV/dI>0，即UZ会随IZ增加。这就不多说了。

4．不明白齐纳管的反应是比较迟钝的，UW变化了，IZ并不会立即跟着变，而是有延迟。而且有结电容，而且结

电容有时还相当大。按教科书上的电路图，把齐纳管接到运放反馈臂上做限幅，还为自己能灵活运用运放的负反馈技术而

沾沾自喜。但输入个几MHz的方波后，发现输出全不是那么回事，就懵了。

从这几条可以总结出一些原则：

1．尽量避免使用低压齐纳管。

2．用齐纳管做保护要合理选择UZ，使UWMAX＋UM3．设计电路要有"动态"的概念，电路跟人，跟一切机器一

样都有反应迟钝的问题，区别只在于"更迟钝"和"更不迟钝"。

4．记住墨菲定律："事情凡是能够更糟糕的，就一定会更糟糕"。

常用电子元件基础知识3

2008-03-06 13:51

电感

当电流通过一段导线时，在导线的周围会产生一定的电磁场。而这个电磁场会对处于这个电磁场中的导线产生作用。我们将作用称谓电

应。我们常将导线绕成一圈一圈的线圈而加强电感作用进行相关的工作，我们将这个线圈称为电感线圈。

电磁感应按照电磁场作用对象分为两种：对本身导线的影响称为自感，对其它导线的感应称为互感。对应的我们将利用自感方式工作的称为线圈。

电感线圈的分类：

按照电感形式，线圈分为空心线圈与实心线圈。空心线圈是指导线线圈中间没有导磁材料的线圈，所以将导线绕制在由纸筒等无感材料线圈也是空心线圈。实心线圈按照线圈中间导磁材料的不同而分为不同的种类，我们常见的材料有铁磁材料、铜材料、铁氧体材料。在线路图中，将线圈用"H"字母代表，将空心线圈与不同材料做成的电感线圈分别用以下图2-图5的图形表示：

互感线圈使用以下符号表示：

电感线圈工作能力的大小用"电感量"来表示，表示产生感应电动势的能力，单位为"亨利"，常用单位为"mH"与"μH"，换算关系如下：1H=1,000mH=1,000,000μH

电感线圈的电感量取决于导线的粗细、绕制的形状与大小、线圈的匝数（圈数）以及中间导磁材料的种类、大小及安装的位置等因素。

按照工作性质分类，电感线圈分为天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、滤波线圈。在我们其它实际应用线路中将一一说明。

按照线圈的工作频率分，又分为中波、短波、调频等不同工作频率的天线线圈与震荡线圈。

线圈绕制：

我们常用到的线圈，某些要求自己绕制。在不同的应用中，由于技术要求、材料准备等不尽相同，线圈绕制要求的差距也比较大。一般律是：

1、中、短波天线线圈用多股漆包线在铁氧体磁棒上绕制。如图8。

2、调频天线线圈（调频输入回路线圈）在3-5mm的圆棒上绕制并脱胎而成。如图9。

3、振荡线圈一般由厂家绕制，而且多数振荡线圈中含了谐振电容，漆包线绕制在塑料或胶木骨架上，上端由可调节位置的磁帽，用于调节电感量。外面套铁壳作为屏蔽。外观见图10。有时候，我们需要利用这种骨架自己绕制特殊用途的线圈。

4、中周是中周变压器的简称。外观与成品的振荡线圈基本相同。

电感线圈的主要性能参数：

1、电感量。

2、品质因数（Q）。导线本身存在电阻，由导线绕制的电感也就存在了电阻的一些特性，导致工作电路中电能的消耗。Q值越高，表示这阻越小，使电感越接近理想的电感，当然也就越好。中波收音机使用的震荡线圈Q值一般在55-75之间。

3、分布电容。在互感线圈中，两线圈之间还会存在线圈与线圈间的匝间电容。这个电容对高频信号将有很大影响。

电感线圈的测量：

普通万用表的不具备专门测试电感线圈的挡位，我们一般使用万用表测量的一些参数：

1、检测电感线圈是否短线。当测量电阻为∞，则线圈断路。

2、检测中周和振荡线圈的外壳（屏蔽罩）与各管脚之间的电阻，如果有一定电阻值或为零，均属于有问题的情况。

3、另外，可以使用万用表区别中波磁棒与短波磁棒。区别方法是使用万用表的10K?档，在同一横截面上的两端各取1点，涂上导电胶或测量其电阻，中波磁棒应该在150K?以下，而短波磁棒会超过这个数值。