稳压二极管和TVS管和快恢复二极管介绍
稳压二极管详解
稳压二极管详解稳压二极管是一个常用的电子器件，用于稳定电压。
它具有正向导通和反向截止的特性，可以在一定的电压范围内保持稳定输出电压。
一、稳压二极管的原理稳压二极管的原理是利用反向截止特性来实现稳定输出电压。
当输入电压超过稳压二极管的额定电压时，稳压二极管开始导通，将多余的电压通过自身消耗掉，使输出电压保持稳定。
当输入电压低于稳压二极管的额定电压时，稳压二极管处于反向截止状态，不导通电流，输出电压保持不变。
二、稳压二极管的特性1. 稳压范围：稳压二极管的稳压范围是指在额定电流下，输入电压的变动范围。
稳压二极管的稳压范围越大，其稳定输出电压的能力越强。
2. 稳定性：稳压二极管的稳定性是指在额定电流下，输出电压的波动范围。
稳压二极管的稳定性越好，其输出电压的波动越小。
3. 温度系数：稳压二极管的温度系数是指输出电压随温度变化的比例关系。
温度系数越小，稳压二极管的稳定性越好。
三、稳压二极管的应用1. 电源稳压：稳压二极管可以用于电源电路中，保持输出电压的稳定性，提供稳定的电源供给。
2. 电子设备保护：稳压二极管可以用于电子设备中的电压保护回路，当输入电压超过设定值时，稳压二极管开始导通，保护电子设备不受过高电压的损害。
3. 模拟电路调节：稳压二极管可以用于模拟电路中，通过调节稳压二极管的额定电压，实现对模拟信号的调节。
四、稳压二极管的选型选择合适的稳压二极管需要考虑以下几个因素：1. 额定电压：根据应用的需要，选择合适的额定电压。
额定电压应略高于所需的稳定输出电压。
2. 稳定性：根据应用的需求，选择稳定性较好的稳压二极管。
可以通过查阅厂家提供的规格书来了解稳压二极管的稳定性参数。
3. 温度系数：根据应用环境的温度变化情况，选择温度系数较小的稳压二极管。
温度系数越小，稳压二极管的稳定性越好。
五、常见的稳压二极管常见的稳压二极管有Zener二极管和三端稳压二极管。
1. Zener二极管：Zener二极管是一种特殊的稳压二极管，具有较高的稳定性和较大的稳压范围。
TVS管主要特性参数优点和缺点选型依据及注意事项
TVS管主要特性参数优点和缺点选型依据及注意事项TVS管，即可控双向可关断二极管（Transient Voltage Suppressor），是一种用于电路保护的电子元件。
它主要用于限制过电压和抑制电磁干扰。
下面将分别介绍TVS管的主要特性参数、优点和缺点，选型依据及注意事项。
一、主要特性参数：1.额定工作电压（VR）：指TVS管正常工作时的最大电压。
超过这个电压，TVS管可能被损坏。
2.浪涌电流（IPP）：指TVS管能够承受的瞬时大电流。
当电路中发生瞬态过电压时，TVS管通过分流浪涌电流来保护其他电子元件不受损坏。
3.反向电击电容（CJ）：指TVS管在反向击穿时能够存储的电荷量。
4.反向漏电流（IR）：指TVS管在线性工作区时的漏电流。
漏电流越小，表示TVS管的保护性能越好。
5.反向击穿电压（VBR）：指TVS管在反向击穿状态下的电压。
击穿电压越低，表示TVS管能够更快地对过电压进行响应。
二、优点和缺点：1.优点：（1）可快速响应：TVS管具有响应速度快的特点，能够在几纳秒内响应过电压，保护其他电子元件免受损坏。
（2）可承受大电流：TVS管能够承受大电流，分流浪涌电流，有效保护其他电子元件。
（3）可重复使用：TVS管在过电压事件后能够自动恢复正常工作状态，具有重复使用的特点。
2.缺点：（1）功耗较大：TVS管在正常工作时会消耗一定的功率，可能导致能耗增加。
（2）功耗温升：TVS管的功耗会导致其温度升高，需要注意散热问题，以免影响其工作性能。
三、选型依据：1.工作电压需求：根据电路的工作电压，选择合适的TVS管额定工作电压。
工作电压需有一定的余量，以应对潜在的过电压情况。
2.浪涌电流需求：根据电路中可能出现的浪涌电流，选择具有相应浪涌电流能力的TVS管。
浪涌电流需有一定的余量，以确保TVS管能有效分流浪涌电流。
3.响应速度需求：根据电路需求，选择具有较快响应速度的TVS管。
通常是选择响应时间最短的型号。
TVS二极管的工作原理及主要参数
TVS二极管的工作原理及主要参数TVS二极管（Transient Voltage Suppressor Diode）是一种用于保护电路免受过电压和过流的影响的二极管。
它依赖于其非线性电阻特性，在电压超过其额定工作电压时，快速地降低电阻以保护电路。
下面将对TVS二极管的工作原理和主要参数进行详细介绍。
一、工作原理TVS二极管的工作原理是利用PN结的整流特性和非线性电阻特性。
当电压低于其额定工作电压时，TVS二极管表现出类似于普通二极管的整流特性，将电流快速导通。
但当电压超过其额定工作电压时，电阻会快速减小，导致电流快速增大。
在额定工作电压以下，TVS二极管的电阻很高，只有极小的漏电流通过。
但当电压超过其额定工作电压时，TVS二极管的电阻快速降低到一个很低的值，导致大量电流通过，并将过电压转移到接地。
二、主要参数1.额定工作电压：TVS二极管的额定工作电压是指其能够正常工作的最高电压。
当电压超过额定工作电压时，TVS二极管会开始导通。
2.电静态电容：电静态电容是指TVS二极管在静态工作条件下的电容值。
它决定了TVS二极管对高频信号的响应能力。
3.峰值脉冲功率：TVS二极管的峰值脉冲功率是指在额定工作电压下，它能够处理的最大瞬态能量。
这个参数决定了TVS二极管能够吸收和释放的过电压能量。
4.尖峰耐受电流：尖峰耐受电流是指在额定工作电压下，TVS二极管能够吸收的最大瞬态电流。
它决定了TVS二极管能够处理的过流能力。
5.反向导通电流：反向导通电流是指TVS二极管在反向电压下，可以通过的最大电流。
这个参数决定了TVS二极管在反向电压下的耐受能力。
6.响应时间：响应时间是指TVS二极管由导通到非导通或由非导通到导通所需要的时间。
这个参数决定了TVS二极管对瞬态电压的响应速度。
7.数量级：数量级是指TVS二极管的最大额定工作电压的数量级。
它决定了TVS二极管能够承受的最高电压。
以上是TVS二极管的工作原理及其主要参数的详细介绍。
肖特基二极管与TVS管
肖特基二极管与TVS管
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(1)肖特基(Schottky)二极管是一种快恢复二极管，它属一种低功耗、超高速半导体器件。
其显著的特点为反向恢复时间极短(可以小到几纳秒)，正向导通压降仅0.4V左右。
其做工比普通二极管要精细复杂，价格也要贵，但在外在表现功能上与普通二极管是类似的。
而肖特基晶体管就是在三极管基-发射极间并联肖特基二极管的元件(如下图)。
三极管有了这个肖特基二极管后，可以防止基过度饱和。
(2)TVS管：瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor)简称TVS，是一种二极管形式的高效能保护器件。
当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。
具体有以下三大特点：
1、将TVS二极管加在信号及电源线上，能防止微处理器或单片机因瞬间的脉冲，如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。
2、静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲，并能持续10ms;而一般的TTL器件，遇到超过30ms的10V 脉冲时，便会导至损坏。
利用TVS二极管，可有效吸收会造成器件损坏的脉冲，并能消除由总线之间开关所引起的干扰(Crosstalk)。
3、将TVS二极管放置在信号线及接地间，能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。
TVS的特性及其参数
TVS的特性及其参数
电压及电流的瞬态干扰是造成电子电路及设备损坏的主要原因，常给人们带来无法估量的损失。
这些干扰通常来自于电力设备的起停操作、交流电网的不稳定、雷电干扰及静电放电等,瞬态干扰几乎无处不在、无时不有,使人感到防不胜防。
幸好,一种高效能的电路保护器件TVS的出现使瞬态干扰得到了有效抑制。
TVS（TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR）或称瞬变电压抑制二极管是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品，其电路符号和普通稳压二极管相同,外形也与普通二极管无异,当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度（最高达1*１0-12秒）使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。
TVS的特性及其参数
图1 TVS特性曲线
TVS的特性
如果用图示仪观察TVS的特性，就可得到图1中左图所示的波形。
如果单就这个曲线来看,TVS管和普通稳压管的击穿特性没有什么区别，为典型的PN结雪崩器件。
但这条曲线只反映了TVS特性的一个部分，还必须补充右图所示的特性曲线，才能反映TVS的全部特性。
这是在双踪示波器上观察到的TVS管承受大电流冲击时的电流及电压波形。
图中曲线1是TVS管中的电流波形，它表示流过TVS管的电流由1mA突然上升到峰值，然后按指数规律下降，造成这种电流冲击的原因可能是雷击、过压等。
曲线2是TVS管两端电压的波形，它表示TVS中的电流突然上升时，TVS两端电压也随之上升，但最大只上升到VC值，这个值比击穿电压VBR略大，从而对后面的电路元件起到保护作用。
TVS的参数。
瞬态电压抑制二极管(TVS)特点及主要参数
瞬态电压抑制二极管(TVS)特点及主要参数一、TVS器件的特点瞬态（瞬变）电压抑制二级管简称TVS器件，在规定的反向应用条件下，当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低的导通值，允许大电流通过，并将电压箝制到预定水平，从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏。
TVS能承受的瞬时脉冲功率可达上千瓦，其箝位响应时间仅为1ps（10-12S）。
TVS允许的正向浪涌电流在T ＝25℃，T＝10ms条件下，可达50～200A 。
双向TVS可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率，并把电压箝制到预定水平，双向TVS适用于交流电路，单向TVS一般用于直流电路。
二、TVS器件的电特性1、单向TVS的V-I特性如图1-1所示，单向TVS的正向特性与普通稳压二极管相同，反向击穿拐点近似“直角”为硬击穿，为典型的PN结雪崩器件。
从击穿点到Vc值所对应的曲线段表明，当有瞬时过压脉冲时，器件的电流急骤增加而反向电压则上升到箝位电压值，并保持在这一水平上。
2、双向TVS的V-I特性如图1-2所示，双向TVS的V-I特性曲线如同两只单向TVS“背靠背”组合，其正反两个方向都具有相同的雪崩击穿特性和箝位特性，正反两面击穿电压的对称关系为：0.9≤V(BR)(正) /V（BR）(反) ≤1.1，一旦加在它两端的干扰电压超过箝位电压Vc就会立刻被抑制掉，双向TVS在交流回路应用十分方便。
三、TVS器件的主要电参数1、击穿电压V(BR)器件在发生击穿的区域内，在规定的试验电流I(BR)下，测得器件两端的电压称为击穿电压，在此区域内，二极管成为低阻抗的通路。
2、最大反向脉冲峰值电流I PP在反向工作时，在规定的脉冲条件下，器件允许通过的最大脉冲峰值电流。
I PP与最大箝位电压Vc(MAX)的乘积，就是瞬态脉冲功率的最大值。
使用时应正确选取TVS，使额定瞬态脉冲功率P PR大于被保护器件或线路可能出现的最大瞬态浪涌功率。
快恢复二极管（简称FRD）
快恢复二极管（简称FRD）快恢复二极管（简称FRD）是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中，作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。
快恢复二极管的内部结构与普通PN结二极管不同，它属于PIN结型二极管，即在P型硅材料与N型硅材料中间增加了基区I，构成PIN 硅片。
因基区很薄，反向恢复电荷很小，所以快恢复二极管的反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压（耐压值）较高。
通常，5~20A的快恢复二极管管采用TO–220FP塑料封装，20A 以上的大功率快恢复二极管采用顶部带金属散热片的TO–3P塑料封装，5A以下的快恢复二极管则采用DO–41、DO–15或DO–27等规格塑料封装。
采用TO–220或TO–3P封装的大功率快恢复二极管，有单管和双管之分。
双管的管脚引出方式又分为共阳和共阴1．性能特点1）反向恢复时间反向恢复时间tr的定义是：电流通过零点由正向转换到规定低值的时间间隔。
它是衡量高频续流及整流器件性能的重要技术指标。
反向恢复电流的波形如图1所示。
IF为正向电流，IRM为最大反向恢复电流。
Irr为反向恢复电流，通常规定Irr=0.1IRM。
当t≤t0时，正向电流I=IF。
当t＞t0时，由于整流器件上的正向电压突然变成反向电压，因此正向电流迅速降低，在t=t1时刻，I=0。
然后整流器件上流过反向电流IR，并且IR逐渐增大；在t=t2时刻达到最大反向恢复电流IRM值。
此后受正向电压的作用，反向电流逐渐减小，并在t=t3时刻达到规定值Irr。
从t2到t3的反向恢复过程与电容器放电过程有相似之处。
2）快恢复、超快恢复二极管的结构特点快恢复二极管的内部结构与普通二极管不同，它是在P型、N型硅材料中间增加了基区I，构成P-I-N硅片。
由于基区很薄，反向恢复电荷很小，不仅大大减小了trr值，还降低了瞬态正向压降，使管子能承受很高的反向工作电压。
各种二极管的性能和应用
⑤结温T最高温度。
Schottky Diode (肖特基二极管)
SBD的结构及特点使其 适合于在低压、大电流 输出场合用作高频整流， 在非常高的频率下用于 检波和混频，在高速逻 辑电路中用作箝位。不 足之处是反向耐压较低， 不适于高反压电路。
半导体二极管导通时相当于 开关闭合（电路接通），截止时 相当于开关打开（电路切断）， 所以二极管可作开关用。
Zener Diode （稳压二极管）
TVS Diode （瞬态抑制电压二极管）
稳压二极管是利用PN结反 向击穿特性所表现出的稳压性能 制成的器件。稳压二极管也称齐 纳二极管或反向击穿二极管，在 电路中起稳定电压作用。它是利 用二极管被反向击穿后，在一定 反向电流范围内反向电压不随反 向电流变化这一特点进行稳压的。
Switching Diode （开关二极管）
选择开关二极管的时候 主要考虑一下参数，反 向恢复时间Trr，开启 电压VFM 替换：
①对于没有恃殊要 求的电路可选用普通开 关二极管。
②对于高频头中用 的开关二极管，要选用 反向工作电压大于高频 头的开关电压的二极管。
③对于过电压保护、 触发器、逆变器、脉冲 发生器等可选用硅开关 二极管
3.检波电路 检波电路是把信号从已调波中检出来的电路。
2/33
Diode
HZ
二极管的应用
4.钳位电路
钳位电路是使输出电位钳制在某一数值上保持不变的电路。 设二极管为理想元件， 当输入UA＝UB＝3V时，二极管V1，V2正偏导通，输出被钳制在UA和UB上， 即UF＝3V；当UA＝0V，UB＝3V，则V1导通，输出被钳制在UF＝UA＝0V， V2反偏截止
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稳压二极管(Zener Diod 齐纳二极管)
A原理:它工作在电压反向击穿状态,当反向电压达到并超过稳定电压时,反向电流突然增大,而二极管两端电压恒定
B分类
从稳压高低分:低压稳压二极管(<40V);
高压稳压二极管(>200V)
从材料分:N型;P型
C.主要参数
①稳定电压VZ:在规定的稳压管,反向工作电流IZ下,所对应的反向工作电压。
②稳定电流IE
③动态电阻rZ；
④最大耗散功率PZM
⑤最大稳定工作电流IZmax
和最小稳定工作电流IZmin
⑥温度系数at,温度越高,稳压误差越大
D.用途
①对漏极和源极进行钳位保护
D.硅稳压二极管稳压电路
它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的,由于反向特性陡直,较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。
图1: 硅稳压二极管稳压电路1.输入电压VE增加如何稳压
若限流电阻电压不变,由于
VE=VR (不变)+ VZ ,VE增加必然引起VZ增加, VZ增加使IZ增加,要使输出电流不变,IR= IZ↑+IL (不变),IR增加,由于VR=IR ×R1,R1不变, VR必然的增加, 由于VE=VR↑+ VZ,使电压VZ 增加减小,又VZ= VO,从而使输出电压VO增加减小。
稳压过程可概括如下:
VE↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓
这里VO减小应理解为,由于输入电压VE的增加,在稳压二极管的调节下,使VO的增加没有那么大而已。
VO还是要增加一点的,这是一个有差调节系统。
2.当负载电流变化时如何稳压
负载电流IL的增加,由于IR=
IZ(不变)+IL,必然引起IR的增加,VR=IR ×R1,即VR增加, 又VE(不变)=VR↑+VZ,从而使
VZ=VO减小,IZ减小,要使负载电流不变IR= IZ+IL (不变) IZ的减小必然使IR减小, VR减小,从而使输出电压VO增加, 使VO的减小没有那么大而已。
稳压过程可概括如下:
IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO ↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO ↑
瞬态抑制二极管简称TVS (Transient Voltage Suppressor)
1.特点:在规定的反向应用条件下,当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时,其工作阻抗能立即降至很低的导通值,允许大电流通过,并将电压箝制到预定水平,从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏。
反映速度快(为pS级), 体积小，箝位电压低，可靠性高双向TVS适用于交流电路,单向TVS一般用于直流电路。
2.分类: 按极性分为单极性和双极性两种
3. 符号: Symbol
4.二极管的特性图表
5.二极管的抑制瞬态电压的例图和单向保护图形
图一：抑制瞬态电压的例图
图二：单项保护图例
S 的主要参数
①VBR :Reverse Breakdown V oltage (反向崩溃电压即击穿电压)
定义: 当TVS 流过规定的1mA 电流（IR ）时,测德TVS 两极间的电压VBR 是TVS 最小的雪崩电压。
25℃时,在这个电压之前,TVS 是不导通的, 当瞬态电压超过VBR ,瞬态电压抑制二极管便产生崩溃把瞬态电压抑制在某个水平, 提供瞬态电流一个超低电阻通路,让瞬态电流透过瞬态电压抑制二极管被引开, 避开被保护元件。
②IR: Reverse Leakage Current (反向漏电电流)
当最大反向工作电压施加到TVS上时,TVS管有一个漏电流IR,一般都会有10-100μA的反向漏电电流。
当TVS用于高阻抗电路时,这个漏电流是一个重要的参数。
③VRWM: 最大反向工作电压(Reverse Stand-off V oltage:可承受的反向电压) 是器件反向工作时，在规定的IR下，器件两端的电压值。
此时二极管为不导通之状态，通常VRWM=（0.8~0.9）VBR。
使用时,应使VRWM不低于被保护器件或线路的正常工作电压。
④VC(max ):最大箝位电压(TVS diode Clamping V oltage :抑制电压)
在脉冲峰值电流Ipp 作用下,器件两端的最大电压值称为最大箝位电压。
使用时,应使VC(max )不高于被保护器件的最大允许安全电压。
最大箝位电压与击穿电压之比称为箝为系数。
即:箝位系数=VC(max )/VBR
一般箝位系数为1.3左右。
⑤Cj:TVS diodeJunction Capacitance (瞬态二极管的电容值)
TVS的电容由硅片的面积和偏置电压来决定,电容在零偏情况下,随偏置电压的增加,该电容值呈下降趋势。
电容的大小会影响TVS器件的响应时间。
瞬态电压抑制二极管的电容值越大对电路的干扰越大, 形成噪音越大或衰减讯号强度越大, 对于数据/讯号频率越高的回路,电容值不大于10pF。
⑥IPP:最大的峰值脉冲电流。
在反向工作时,在规定的脉冲条件下,器件允许通过的最大脉冲峰值电流。
⑦PPR:反向脉冲峰值功率。
TVS的PPR取决于脉冲峰值电流IPP和最大箝位电压VC(max ),除此以外,还和脉冲波形、脉冲时间及环境温度有关。
S选用原则
①确定被保护电路的最大直流或连续工作电压。
②VRWM≥VMAX工作电压。
③VC ＜VMAX允许安全电压。
④PPR ＞Pmax瞬态浪涌功率。
⑤对于数据接口电路的保护，必须注意选取尽可能小的电容值C的TVS器件。
⑥带A的TVS二极管比不带A的TVS二极管的离散性要好,在TVS二极管A前面加C的型
号表示双向TVS二极管。
⑦直流保护一般选用单向TVS二极管,交流保护一般选用双向TVS二极管,多路保护
选用TVS阵列器件,大功率保护选用TVS专用保护模块。
特殊情况,如:RS-485和
RS-232保护可选用双向TVS二极管或TVS阵列。
⑧TVS二极管可以在-55℃到+150℃之间工作,如果需要TVS在一个变化的温度下工
作,由于其反向漏电流ID是随温度的增加而增大;功耗随TVS结温度增加而下降,
故在选用TVS时应考虑温度变化对其特性的影响。
⑨TVS二极管可以串/并应用，串行连接分电压,并行连接分电流。
8. 检测二极管的方法
用万用表R×1k挡测量管子的好坏
①对单极型的TVS,按照测量平凡二极体的方法,可测出其正、反向电阻，一般正向电阻为4k5左右,反向电阻为无限大。
②对双向极型的TVS,任意调换红、黑表笔测量其两引脚间的电阻值均应为无限大,否则,申明管子机能不良或已经损坏。
9. TVS在电路应用中的典型例子:
直流电中选用举例:
整机直流工作电压12V,最大允许安全电压25V（峰值）,浪涌源的阻抗50MΩ,其干
扰波形为方波,TP=1MS,最大峰值电流50A。
1、由于工作电压12V,选取最大反向工作电压VRWM为13V,则击穿电压:
2、从击穿电压值选取最大箝位电压
3、再从箝位电压VC和最在峰值电流IP计算出方波脉冲功率:
4、计算折合为TP=1MS指数波的峰值功率,折合系数
从手册中可查到1N6147A其中PPR=1500W,变位电压VRWM=12.2V,击穿电压VBR=15.2V,最大箝位电压VC=22.3V,最大浪涌电流IP=67.3A。
可满足上述设计要求,而且留有一倍的余量,不论方波还是指数波都适用。
交流电路应用举例：
直流线路采用单向瞬变电压抑制二极管,交流则必须采用双向瞬变电压抑制二极管。
交流是电网电压,这里产生的瞬变电压是随机的,有时还遇到雷击（雷电感应产生的瞬变电压）所以很难定量估算出瞬时脉冲功率PPR。
但是对最大反向工作电压必须有正确的选取。
一般原则是交流电压乘1.4倍来选取TVS管的最大反向工作电压。
直流电压则按1.1～1.2倍来选取TVS管的最大反向工作电压VRWM。