穩壓管

穩壓管

穩壓二極體(又叫齊納二極體)是一種矽材料製成的面接觸型晶體二極體,簡稱穩壓管。此二極體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。穩壓管在反向擊穿時,在一定的電流範圍內(或者說在一定功率損耗範圍內),端電壓幾乎不變,表現出穩壓特性,因而廣泛套用於穩壓電源與限幅電路之中。穩壓二極體是根據擊穿電壓來分檔的,因為這種特性,穩壓管主要被作為穩壓器或電壓基準元件使用。穩壓二極體可以串聯起來以便在較高的電壓上使用,通過串聯就可獲得更多的穩定電壓,稱為雙向穩壓管。

工作原理

穩壓管也是一種晶體二極體,它是利用PN結的擊穿區具有穩定電壓的特性來工作的。穩壓管在穩壓設備和一些電子電路中獲得廣泛的套用。把這種類型的二極體稱為穩壓管,以區別用在整流、檢波和其他單嚮導電場合的二極體。穩壓二極體的特點就是擊穿後,其兩端的電壓基本保持不變。這樣,當把穩壓管接入電路以後,若由於電源電壓發生波動,或其它原因造成電路中各點電壓變動時,負載兩端的電壓將基本保持不變。如圖畫出了穩壓管的伏安特性及其符號。穩壓管反向擊穿後,電流雖然在很大範圍內變化,但穩壓管兩端的電壓變化很小。利用這一特性,穩壓管在電路中能起穩壓作用。因為這種特性,穩壓管主要被作為穩壓器或電壓基準元件使用。其伏安特性見穩壓二極體可以串聯起來以便在較高的電壓上使用,通過串聯就可獲得更多的穩定電壓。

三端穩壓管嚴格說來屬於積體電路,將輸出電壓與內部的基準電壓比較後驅動調整管調整到穩定的一個數值。單獨的元件可用萬用表測量各腳間電阻來粗略判別是否損壞,最好是接入電路中測量。電壓調整率和紋波等指標就只有用專業儀器測試了。業餘條件下也可用示波器定性檢查。

穩壓管也是一種晶體二極體,它是利用PN結的擊穿區具有穩定電壓的特性來工作的。穩壓管在穩壓設備和一些電子電路中獲得廣泛的套用。我們把這種類型的二極體稱為穩壓管,以區別用在整流、檢波和其他單嚮導電場合的二極體。

(1)穩定電壓Uz Uz就是PN結的擊穿電壓,它隨工作電流和溫度的不同而略有變化。對於同一型號的穩壓管來說,穩壓值有一定的離散性。

(2)穩定電流Iz 穩壓管工作時的參考電流值。它通常有一定的範圍,即Izmin——Izmax。

(3)動態電阻rz 它是穩壓管兩端電壓變化與電流變化的比值,如上圖所示,即這個數值隨工作電流的不同而改變。通常工作電流越大,動態電阻越小,穩壓性能越好。

(4)電壓溫度係數 它是用來說明穩定電壓值受溫度變化影響的係數。不同型號的穩壓管有不同的穩定電壓的溫度係數,且有正負之分。穩壓值低於4v的穩壓管,穩定電壓的溫度係數為負值;穩壓值高於6v的穩壓管,其穩定電壓的溫度係數為正值;介於4V和6V之間的,可能為正,也可能為負。在要求高的場合,可以用兩個溫度係數相反的管子串聯進行補償(如2DW7)。

(5)額定功耗Pz 前已指出,工作電流越大,動態電阻越小,穩壓性能越好,但是最大工作電流受到額定功耗Pz的限制,超過Pz將會使穩壓管損壞。

識別

方法一

穩壓二極體在電路中常用“ZD”加數字表示,如:ZD5表示編號為5的穩壓管。

穩壓管穩壓管

1、穩壓二極體的穩壓原理:穩壓二極體的特點就是擊穿後,其兩端的電壓基本保持不變。

這樣,當把穩壓管接入電路以後,若由於電源電壓發生波動,或其它原因造成電路中各點電

壓變動時,負載兩端的電壓將基本保持不變。

2、故障特點:穩壓二極體的故障主要表現在開路、短路和穩壓值不穩定。在這3種故障中,

前一種故障表現出電源電壓升高;後2種故障表現為電源電壓變低到零伏或輸出不穩定。

常用穩壓二極體的型號及穩壓值如下表:

型 號 1N4728 1N4729 1N4730 1N4732 1N4733 1N4734 1N4735 1N4744 1N4750 1N4751

1N4761

穩壓值 3.3V 3.6V 3.9V 4.7V 5.1V 5.6V 6.2V 15V 27V 30V 75V

3、二極體和穩壓管的區分

根據二者反向擊穿電壓在數值上的差異及穩定性,可以區分標記不清楚的穩壓管和普通二極體,電路見圖1。利用兆歐表提供合適的反向擊穿電壓,將被測管反向擊穿。選擇萬用表的10VDC檔或50VDV檔測出反向擊穿電壓值,數值在40V以上的是二極體,低於40V的是穩壓管。

注意,這也有例外情況。例如2AP21的反向擊穿電壓低於15V,2AP8的反向擊穿電壓最小值為20V。此外,2DW130~2DW143型穩壓管的Vz值為50~200V,2CW362~2CW378的 Vz值是43~200V(以上均為標稱值)。遇到這類情況也不難區分。同樣都按額定轉速搖兆歐表,由於二極體反向擊穿區域的動態 電阻較大,曲線不陡,因此電壓表指針的擺動幅度就比較大。而穩壓管的Rz很小,曲線很小,曲線很陡,錶針擺動很小。

實例:測量一隻型2AP5鍺二極體,按額定轉速搖兆歐表時,反向擊穿電壓在110~130V之間變化,錶針搖擺不穩(手冊中規定反向擊穿電壓V(BR) ≥110V)。另測一隻2CW136型穩壓管時錶針基本穩定,指在115V位置(手冊中僅給出2DW136的工作電壓範圍是100~120V,但具體到某隻穩壓管,其工作電壓基本為一確定值)

方法二

利用萬用表的電阻檔也可以區分穩壓管與半導體二極體。具體方法是,首先用R×1k檔測量正、反向電阻,確定被測管的正、負極。然後將萬用表撥於R×10k檔,如圖所示,黑表筆接負極,紅表筆接正極,由表內9~15V疊層電池提供反向電壓。其中,電阻讀數較小的是穩壓管,電阻為無窮大的二極體。

注意事項:

(1)此方法只能測量反向擊電壓比R×10k檔電池電壓低的穩壓管。

常用穩壓管的型號對照表:

IN4728 3.3v

IN4729 3.6vIN4730 3.9v

IN4731 4.3

IN4732 4.7

IN4733 5.1

IN4734 5.6

IN4735 6.2

IN4736 6.8

IN4737 7.5

IN4738 8.2

IN4739 9.1

IN4740 10

IN4741 11

IN4742 12

IN4743 13

IN4744 15

IN4745 16

IN4746 18

IN4747 20

IN4748 22

IN4749 24

IN4750 27

IN4751 30

IN4752 33

IN4753 34

IN4754 35

IN4755 36

IN4756 47

IN4757 51

摩托羅拉IN52系列 0.5w精密穩壓管

IN5226 3.3v

IN5227 3.6v

IN5228 3.9v

IN5229 4.3v

IN5230 4.7v

IN5231 5.1

IN5232 5.6

IN5233 6

IN5234 6.2

IN5235 6.8

IN5236 7.5

IN5237 8.2

IN5238 8.7

IN5239 9.1

IN5240 10

IN5241 11

IN5242 12

IN5243 13

IN5244 14

IN5245 15

IN5246 16

IN5247 17

IN5248 18

IN5249 19

IN5250 20

IN5251 22

IN5252 24

IN5253 25

IN5254 27

IN5255 28

IN5256 30

IN5257 33

和二極體區別

第一,二極體一般在正向電壓下工作,穩壓管則在反向擊穿狀態下工作,二者用法不同;

第二,普通二極體的反向擊穿電壓一般在40V以上,高的可達幾百伏至上千伏,而且在伏安特性曲線反向擊穿的一段不陡,即反向擊穿電壓的範圍較大,動態電阻也比較大。對於穩壓管,當反向電壓超過其工作電壓Vz(亦稱齊納電壓或穩定電壓)時,反向電流將突然增大,而器件兩端的電壓基本保持恆定。對應的反向伏安特性曲線非常陡,動態電阻很小。穩壓管可用作穩壓器、電壓基準、過壓保護、電平轉換器等。本書用Dz符號表示穩壓管。

產品選用

穩壓管穩壓管

穩壓二極體的選用:穩壓二極體一般用在穩壓電源中作為基準電壓源或用在過電壓保護電路中作為保護二極體。

選用的穩壓二極體,應滿足套用電路中主要參數的要求。穩壓二極體的穩定電壓值應與套用電路的基準電壓值相同,穩壓二極體的最大穩定電流應高於套用電路的最大負載電流50%左右。

穩壓二極體損壞後,應採用同型號穩壓二極體或電參數相同的穩壓二極體來更換。

可以用具有相同穩定電壓值的高耗散功率穩壓二極體來代換耗散功率低的穩壓二極體,但不能用耗散功率低的穩壓二極體來代換耗散功率高的穩壓二極體。例如,0.5W、6.2V的穩壓二極體可以用1W、6.2V穩壓二極體代換。

識別

穩壓二極體在電路中常用“ZD”加數字表示,如:ZD5表示編號為5的穩壓管。

1、穩壓二極體的穩壓原理:穩壓二極體的特點就是擊穿後,其兩端的電壓基本保持不變。這樣,當把穩壓管接入電路以後,若由於電源電壓發生波動,或其它原因造成電路中各點電壓變動時,負載兩端的電壓將基本保持不變。

2、故障特點:穩壓二極體的故障主要表現在開路、短路和穩壓值不穩定。在這3種故障中,前一種故障表現出電源電壓升高;後2種故障表現為電源電壓變低到零伏或輸出不穩定。

常用穩壓二極體的型號及穩壓值如下表:

型號 1N4728 1N4729 1N4730 1N4732 1N4733 1N4734 1N4735 1N4744 1N4750 1N4751 1N4761
穩壓值 3.3V 3.6V 3.9V 4.7V 5.1V 5.6V 6.2V 15V 27V 30V 75V
穩壓管穩壓管
穩壓管穩壓管

產品套用

穩壓管穩壓管

1、浪涌保護電路:穩壓管在準確的電壓下擊穿,這就使得它可作為限制或保護之元件來使用,因為各種電壓的穩壓二極體都可以得到,故對於這種套用特別適宜。穩壓二極體D是作為過壓保護器件。只要電源電壓VS超過二極體的穩壓值D就導通,使繼電器J吸合負載RL就與電源分開。

2、電視機里的過壓保護電路:EC是電視機主供電壓。當EC電壓過高時,D導通,三極體BG導通,其集電極電位將由原來的高電平(5V)變為低電平,通過待機控制線的控制使電視機進入待機保護狀態.。

3、電弧抑制電路:在電感線圈上並聯接入一隻合適的穩壓二極體(也可接入一隻普通二極體原理一樣)的話,當線圈在導通狀態切斷時,由於其電磁能釋放所產生的高壓就被二極體所吸收,所以當開關斷開時,開關的電弧也就被消除了。這個套用電路在工業上用得比較多,如一些較大功率的電磁吸控制電路就用到它。

4、串聯型穩壓電路:在此電路中,串聯穩壓管BG的基極被穩壓二極體D鉗定在13V,那么其發射極就輸出恆定的12V電壓了。這個電路在很多場合下都有套用TVS器件按極性可分為單極性和雙極性兩種;按用途可分為通用型和專用型;按封裝和內部結構可分為軸向引線二極體、雙列直插TVS陣列、貼片式和大功率模組等。軸向引線的產品峰值功率可達400 W、500 W、600W、1500W和5 000W。其中大功率的產品主要用在電源饋線上,低功率產品主要用在高密度安裝場合。對於高密度安裝的場合,也可以選擇雙列直插和表面貼裝等封裝形式。

在選用TVS時,應考慮以下幾個主要因素:

(1)若TVS有可能承受來自兩個方向的尖峰脈衝電壓(浪涌電壓)衝擊時,應當選用雙極性的,否則可選用單極性。

(2)所選用TVS的VC值應低於被保護元件的最高電壓。Vc是二極體在截止狀態的電壓,也就是在ESD衝擊狀態時通過TVS的電壓,它不能大於被保護迴路的可承受極限電壓,否則器件面臨被損壞的危險。

(3)TVS在正常工作狀態下不要處於擊穿狀態,最好處於VR以下,應綜合考慮VR和VC兩方面的要求來選擇適當的TVS。

穩壓管穩壓管

(4)如果知道比較準確的浪涌電流IPP,則可利用VCIpp來確定功率;如果無法確定IPP的大致範圍,則選用功率大些的TVS為好。PM是TVS能承受的最大峰值脈衝功率耗散值。在給定的最大箝位電壓下,功耗PM越大,其浪涌電流的承受能力越大;在給定的功耗PM下,箝位電壓VC越低,其浪涌電流的承受能力越大。另外,峰值脈衝功耗還與脈衝波形、持續時間和環境溫度有關。

(5)TVS所能承受的瞬態脈衝是不重複的,器件規定的脈衝重複頻率(持續時間與間歇時間之比)為0.01%。如果電路內出現重複性脈衝,應考慮脈衝功率的累積,不然有可能損壞TVS。

(6)對於小電流負載的保護,可有意識地線上路中增加限流電阻,只要限流電阻的阻值適當,一般不會影響線路的正常工作,但限流電阻對干擾所產生的電流卻會大大減小。但這樣可能選用峰值功率較小的TVS管來對小電流負載線路進行保護。

(7)電容量C是由TVS雪崩結截面決定的,這是在特定的1 MHz頻率下測得的。C的大小與TVS的電流承受能力成正比,C太大將使信號衰減。因此,C是數據接口電路選用TVS的重要參數。對於數據/信號頻率越高的迴路,二極體的電容對電路的干擾越大,形成噪聲或衰減信號強度也大,因此,需要根據迴路的特性來決定所選器件的電容範圍。高頻迴路一般選擇電容應儘量小(如LCTVS、低電容TVS,電容不大於3 pF),而對電容要求不高的迴路,電容的容量選擇可高於40 pF。

(8)為了滿足IEC61000-4-2國際標準,TVS二極體必須達到可以處理最小8 kV(接觸)和15 kV(空氣)的ESD衝擊,有的半導體生產廠商在自己的產品上使用了更高的抗衝擊標準。而對於某些有特殊要求的便攜設備套用,設計者可以按需要挑選器件。

選擇

穩壓管穩壓管

1、取穩壓管上的電壓,經一限流電阻(2~5K)接NPN型中功率三極體的基極,三極體的集電極接正電源,由三極體的射極輸出(輸出電壓比穩壓管上的電壓低一個結壓降),三極體可加散熱片。

2、放棄這種方法,用三端穩壓器,又簡單,又可靠。W7812(1.5A);W78M12(500ma);w78L12(100ma)

3、採用變壓器降壓,再整流。

4、學會做逆變整流電源,體積小,分量輕,效率高。

注意事項

穩壓管穩壓管

穩壓二極體用途廣泛,使用極多。看起來套用很簡單,但如果不注意,也極易損壞。以下是選用時的幾點注意事項:

1:可將多隻穩壓二極體串聯使用,但由於二極體參數的離散性比較大,不得並聯使用。

2:溫度對半導體器件的特性影響較大,當環境溫度超過50℃時,溫度每升高1℃,應將最大耗散功率降低1%。

3:穩壓二極體管腳必須在離管殼5mm以上處進行焊接,最好使用30W以下的電烙鐵進行焊接。若使用40~75W電烙鐵焊接時,焊接時間應不超過8~10s。儘量使用內裝焊料的焊錫絲焊接,不要使用大塊焊錫加松香的方法。

4:為了使穩壓二極體的電壓溫度係數得到補償,可以將穩壓二極體與矽二極體(包括矽穩壓二極體)串聯使用,所串的正向二極體不得超過三個,也可與特殊的溫度補償管串聯使用。

5:為了獲得較低的穩定電壓,可以選擇適當的穩壓二極體以相反極性方向串聯,再加以適當的工作電流來獲得。即將穩壓二極體正向使用。

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