如何用三端穩(wěn)壓器代替穩(wěn)壓二極管？

本文主要是關(guān)于三端穩(wěn)壓器和穩(wěn)壓二極管的相關(guān)介紹，并著重對穩(wěn)壓二極管三端穩(wěn)壓器和進行了詳盡的闡述。

三端穩(wěn)壓器

三端穩(wěn)壓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(dǎo)體器件。穩(wěn)壓管在反向擊穿時，在一定的電流范圍內(nèi)（或者說在一定功率損耗范圍內(nèi)），端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，因而廣泛應(yīng)用于穩(wěn)壓電源與限幅電路之中。

原理

因為固定三端穩(wěn)壓器屬于串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，因此它的原理等同于串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。

其中R1、Rp、R2組成的分壓器是取樣電路，從輸出端取出部分電壓UB2作為取樣電壓加至三極管T2的基極。穩(wěn)壓管Dz以其穩(wěn)定電壓Uz作為基準電壓，加在T2的發(fā)射極上。R3是穩(wěn)壓管的限流電阻。三極管T2組成比較放大電路，它將取樣電壓UB2與基準電壓Uz加以比較和放大，再去控制三極管T1的基極電位。輸入電壓Ui加在三極管T1與負載RL相串聯(lián)的電路上，因此，改變T1集電極間的電壓降UCE1便可調(diào)節(jié)RL兩端的電壓Uo。也就是說，穩(wěn)壓電路的輸出電壓Uo可以通過三極管T1加以調(diào)節(jié)，所以T1稱為調(diào)整管。由于調(diào)整元件是晶體管管，而且在電路中與負載相串聯(lián)，故稱為晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。電阻R4和T1的基極偏置電阻，也是T2的集電極負載電阻。

當(dāng)電網(wǎng)電壓降低或負載電阻減小而使輸出端電壓有所下降時，其取樣電壓UB2相應(yīng)減小，T2基極電位下降。但因T2發(fā)射極電位既穩(wěn)壓管的穩(wěn)定Uz保持不變，所以發(fā)射極電壓UBE2減小，導(dǎo)致T2集電極電流減小而集電極電位Uc2升高。由于放大管T2的集電極與調(diào)整管T1的基極接在一起，故T1基極電位升高，導(dǎo)致集電極電流增大而管壓降UCE1減小。因為T1與RL串聯(lián)，所以，輸出電壓Uo基本不變。

同理，當(dāng)電網(wǎng)電壓或負載發(fā)生變化引起輸出電壓Uo增大時，通過取樣、比較放大、調(diào)整等過程，將使調(diào)整調(diào)整管的管壓降UCE1增加，結(jié)果抑制了輸出端電壓的增大，輸出電壓仍基本保持不變。

調(diào)節(jié)電位器Rp，可對輸出電壓進行微調(diào)。調(diào)整管T1與負載電阻RL組成的是射極輸出電路，所以具有穩(wěn)定輸出電壓的特點。

在串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路的工作過程中，要求調(diào)整管始終處在放大狀態(tài)。通過調(diào)整管的電流等于負載電流，因此必須選用適當(dāng)?shù)拇蠊β使茏髡{(diào)整管，并按規(guī)定安裝散熱裝置。為了防止短路或長期過載燒壞調(diào)整管，在直流穩(wěn)壓器中一般還設(shè)有短路保護和過載保護等電路。

穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓二極管，英文名稱Zener diode，又叫齊納二極管。利用pn結(jié)反向擊穿狀態(tài)，其電流可在很大范圍內(nèi)變化而電壓基本不變的現(xiàn)象，制成的起穩(wěn)壓作用的二極管。 ［1］ 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(dǎo)體器件。在這臨界擊穿點上，反向電阻降低到一個很小的數(shù)值，在這個低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定，穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的，因為這種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準元件使用。穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯(lián)就可獲得更高的穩(wěn)定電壓。

原理

穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線的正向特性和普通二極管差不多，反向特性是在反向電壓低于反向擊穿電壓時，反向電阻很大，反向漏電流極小。但是，當(dāng)反向電壓臨近反向電壓的臨界值時，反向電流驟然增大，稱為擊穿，在這一臨界擊穿點上，反向電阻驟然降至很小值。盡管電流在很大的范圍內(nèi)變化，而二極管兩端的電壓卻基本上穩(wěn)定在擊穿電壓附近，從而實現(xiàn)了二極管的穩(wěn)壓功能。 ［1］

主要參數(shù)

1.Uz— 穩(wěn)定電壓

指穩(wěn)壓管通過額定電流時兩端產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓值。該值隨工作電流和溫度的不同而略有改變。由于制造工藝的差別，同一型號穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值也不完全一致。例如，2CW51型穩(wěn)壓管的Vzmin為3.0V， Vzmax則為3.6V。

2.Iz— 額定電流

指穩(wěn)壓管產(chǎn)生穩(wěn)定電壓時通過該管的電流值。低于此值時，穩(wěn)壓管雖并非不能穩(wěn)壓，但穩(wěn)壓效果會變差;高于此值時，只要不超過額定功率損耗，也是允許的，而且穩(wěn)壓性能會好一些，但要多消耗電能。

3.Rz— 動態(tài)電阻

指穩(wěn)壓管兩端電壓變化與電流變化的比值。該比值隨工作電流的不同而改變，一般是工作電流愈大，動態(tài)電阻則愈小。例如，2CW7C穩(wěn)壓管的工作電流為 5mA時，Rz為18Ω;工作電流為1OmA時，Rz為8Ω;為20mA時，Rz為2Ω ; 》 20mA則基本維持此數(shù)值。

4.Pz— 額定功耗

由芯片允許溫升決定，其數(shù)值為穩(wěn)定電壓Vz和允許最大電流Izm的乘積。例如2CW51穩(wěn)壓管的Vz為3V，Izm為20mA，則該管的Pz為60mWo

5. α---溫度系數(shù)

如果穩(wěn)壓管的溫度變化，它的穩(wěn)定電壓也會發(fā)生微小變化，溫度變化1℃所引起管子兩端電壓的相對變化量即是溫度系數(shù)（單位：﹪/℃）。一般說來穩(wěn)壓值低于6V屬于齊納擊穿，溫度系數(shù)是負的；高于6V的屬雪崩擊穿，溫度系數(shù)是正的。溫度升高時，耗盡層減小，耗盡層中，原子的價電子上升到較高的能量，較小的電場強度就可以把價電子從原子中激發(fā)出來產(chǎn)生齊納擊穿，因此它的溫度系數(shù)是負的。雪崩擊穿發(fā)生在耗盡層較寬電場強度較低時，溫度增加使晶格原子振動幅度加大，阻礙了載流子的運動。這種情況下，只有增加反向電壓，才能發(fā)生雪崩擊穿，因此雪崩擊穿的電壓溫度系數(shù)是正的。這就是為什么穩(wěn)壓值為15V的穩(wěn)壓管其穩(wěn)壓值隨溫度逐漸增大的，而穩(wěn)壓值為5V的穩(wěn)壓管其穩(wěn)壓值隨溫度逐漸減小的原因。例如2CW58穩(wěn)壓管的溫度系數(shù)是+0.07%/°C，即溫度每升高1°C，其穩(wěn)壓值將升高0.07%。

對電源要求比較高的場合，可以用兩個溫度系數(shù)相反的穩(wěn)壓管串聯(lián)起來作為補償。由于相互補償，溫度系數(shù)大大減小，可使溫度系數(shù)達到0.0005%/℃。

6.IR— 反向漏電流

指穩(wěn)壓二極管在規(guī)定的反向電壓下產(chǎn)生的漏電流。例如2CW58穩(wěn)壓管的VR=1V時，IR=O.1uA;在VR=6V時，IR=10uA。

故障特點

穩(wěn)壓二極管的故障主要表現(xiàn)在開路、短路和穩(wěn)壓值不穩(wěn)定。在這3種故障中，前一種故障表現(xiàn)出電源電壓升高；后2種故障表現(xiàn)為電源電壓變低到零伏或輸出不穩(wěn)定。

識別判斷

正負極識別

從外形上看，金屬封裝穩(wěn)壓二極管管體的正極一端為平面形，負極一端為半圓面形。塑封穩(wěn)壓二極管管體上印有彩色標記的一端為負極，另一端為正極。對標志不清楚的穩(wěn)壓二極管，也可以用萬用表判別其極性，測量的方法與普通二極管相同，即用萬用表R×1k檔，將兩表筆分別接穩(wěn)壓二極管的兩個電極，測出一個結(jié)果后，再對調(diào)兩表筆進行測量。在兩次測量結(jié)果中，阻值較小那一次，黑表筆接的是穩(wěn)壓二極管的正極，紅表筆接的是穩(wěn)壓二極管的負極。這里指的是指針式萬用表。

色環(huán)穩(wěn)壓二極管識別

色環(huán)穩(wěn)壓二極管國內(nèi)產(chǎn)品很少見，大多數(shù)來自國外，尤其以日本產(chǎn)品居多。一般色環(huán)穩(wěn)壓二極管都標有型號及參數(shù)，詳細資料可在元件手冊上查到。而色環(huán)穩(wěn)壓二極管體積小、功率小、穩(wěn)壓值大多在10V以內(nèi)，極易擊穿損壞。色環(huán)穩(wěn)壓二極管的外觀與色環(huán)電阻十分相似，因而很容易弄錯。色環(huán)穩(wěn)壓二極管上的色環(huán)代表兩個含義：一是代表數(shù)字，二是代表小數(shù)點位數(shù)（通常色環(huán)穩(wěn)壓二極管都是取一位小數(shù)，用棕色表示。也可理解為倍率即：×10（的－1次方），具體顏色對應(yīng)的數(shù)字同色環(huán)電阻）

由于小功率穩(wěn)壓二極管體積小，在管子上標注型號較困難，所以一些國外產(chǎn)品采用色環(huán)來表示它的標稱穩(wěn)定電壓值。如同色環(huán)電阻一樣，環(huán)的顏色有棕、紅、橙、黃、綠、藍、紫、灰、白、黑，它們分別用來表示數(shù)值1、2、3、4、5、6、7、8、9、0。

有的穩(wěn)壓二極管上僅有2道色環(huán)，而有的卻有3道。最靠近負極的為第1環(huán)，后面依次為第2環(huán)和第3環(huán)。

僅有2道色環(huán)的。標稱穩(wěn)定電壓為兩位數(shù)，即“×× V”（幾十幾伏）。第1環(huán)表示電壓十位上的數(shù)值，第2環(huán)表示個位上的數(shù)值。如：第1、2環(huán)顏色依次為紅、黃，則為24V。

有3道色環(huán)，且第2、3兩道色環(huán)顏色相同的。標稱穩(wěn)定電壓為一位整數(shù)且?guī)в幸晃恍?shù)，即“×?！?V”（幾點幾伏）。第1環(huán)表示電壓個位上的數(shù)值。第2、3兩道色環(huán)（顏色相同）共同表示十分位（小數(shù)點后第一位）的數(shù)值。如：第1、2、3環(huán)顏色依次為灰、紅、紅，則為8.2V。

有3道色環(huán)，且第2、3兩道色環(huán)顏色不同的。標稱穩(wěn)定電壓為兩位整數(shù)并帶有一位小數(shù)，即“××?！?V”（幾十幾點幾伏）。第1環(huán)表示電壓十位上的數(shù)值。第2環(huán)表示個位上的數(shù)值。第3環(huán)表示十分位（小數(shù)點后第一位）的數(shù)值。不過這種情況較少見，如：棕、黑、黃（10.4V）和棕、黑、灰（10.8V）常用穩(wěn)壓二極管的型號對照表（注：后面的二極管型號是以1開頭的，如1N4728，1N4729等）

與普通整流二極管的區(qū)分

首先利用萬用表R×1K擋，按把被測管的正、負電極判斷出來。然后將萬用表撥至R×10K擋上，黑表筆接被測管的負極，紅表筆接被測管的正極，若此時測得的反向電阻值比用R×1K擋測量的反向電阻小很多，說明被測管為穩(wěn)壓管；反之，如果測得的反向電阻值仍很大，說明該管為整流二極管或檢波二極管。這種識別方法的道理是，萬用表R×1K擋內(nèi)部使用的電池電壓為1.5V，一般不會將被測管反向擊穿，使測得的電阻值比較大。而R×10K擋測量時，萬用表內(nèi)部電池的電壓一般都在9V以上，當(dāng)被測管為穩(wěn)壓管，切穩(wěn)壓值低于電池電壓值時，即被反向擊穿，使測得的電阻值大為減小。但如果被測管是一般整流或檢波二極管時，則無論用R×1K擋測量還是用R×10K擋測量，所得阻值將不會相差很懸殊。注意，當(dāng)被測穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值高于萬用表R×10K擋的電壓值時，用這種方法是無法進行區(qū)分鑒別的。

如何用三端穩(wěn)壓器代替穩(wěn)壓二極管

三端穩(wěn)壓器性能優(yōu)于穩(wěn)壓二極管，三端穩(wěn)壓器是集成芯片，內(nèi)部有放大、補償、反饋環(huán)節(jié)，穩(wěn)壓性能優(yōu)秀。穩(wěn)壓二極管在需要小電流穩(wěn)壓器的情況下可構(gòu)成并聯(lián)穩(wěn)壓器，但穩(wěn)壓效果不是很好，只是能用，輸出電流稍大就那個限流電阻的價格都超過穩(wěn)壓芯片。

相同之處都是起到穩(wěn)定電壓的作用，但不同之處就多了。

一·前者是并聯(lián)在電路上；后者是串聯(lián)在電路上。

二·前者功率較小，一般在1W左右；后者功率較大，一般在幾十W。

三·前者主要用在電路中穩(wěn)定某一點的工作電壓；后者主要用在為整個或部分電路提供穩(wěn)定或可調(diào)的供電電源。

四·前者的穩(wěn)壓值是固定的；后者的穩(wěn)壓值是可調(diào)的。

五·前者多應(yīng)用在控制電路；后者都是應(yīng)用在供電電路。

六·前者工作時是在擊穿情況下才起作用的；后者擊穿的話可就麻煩了。

結(jié)語

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