詳細(xì)解析穩(wěn)壓二極管：定義，分類，應(yīng)用，參數(shù)，工作原理

　 ?穩(wěn)壓二極管的定義

　　穩(wěn)壓二極管（又叫齊納二極管）它的電路符號(hào)是：，穩(wěn)壓二極管是一種用于穩(wěn)定電壓的單PN結(jié)二極管。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(diǎn)上，反向電阻降低到一個(gè)很少的數(shù)值，在這個(gè)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?yàn)檫@種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)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)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。

　 ?穩(wěn)壓管的應(yīng)用

　　1、浪涌保護(hù)電路（如下圖）：穩(wěn)壓管在準(zhǔn)確的電壓下?lián)舸@就使得它可作為限制或保護(hù)之元件來使用，因?yàn)楦鞣N電壓的穩(wěn)壓二極管都可以得到，故對(duì)于這種應(yīng)用特別適宜。圖中的穩(wěn)壓二極管D是作為過壓保護(hù)器件。只要電源電壓VS超過二極管的穩(wěn)壓值D就導(dǎo)通。使繼電器J吸合負(fù)載RL就與電源分開。

　　2、電視機(jī)里的過壓保護(hù)電路（如下圖）：EC是電視機(jī)主供電壓，當(dāng)EC電壓過高時(shí)，D導(dǎo)通，三極管BG導(dǎo)通，其集電極電位將由原來的高電平（5V）變?yōu)榈碗娖?，通過待機(jī)控制線的控制使電視機(jī)進(jìn)入待機(jī)保護(hù)狀態(tài)。

　　3、電弧抑制電路如下圖：在電感線圈上并聯(lián)接入一只合適的穩(wěn)壓二極管（也可接入一只普通二極管原理一樣）的話，當(dāng)線圈在導(dǎo)通狀態(tài)切斷時(shí)，由于其電磁能釋放所產(chǎn)生的高壓就被二極管所吸收，所以當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，開關(guān)的電弧也就被消除了。這個(gè)應(yīng)用電路在工業(yè)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(lián)型穩(wěn)壓電路（如下圖）：在此電路中。串聯(lián)穩(wěn)壓管BG的基極被穩(wěn)壓二極管D鉗定在13V，那么其發(fā)射極就輸出恒定的12V電壓了。這個(gè)電路在很多場合下都有應(yīng)用

　 穩(wěn)壓二極管的分類

　　二極管的擊穿通常有三種情況，即雪崩擊穿、齊納擊穿和熱擊穿。

　?。?）雪崩擊穿

　　對(duì)于摻雜濃度較低的PN結(jié)，結(jié)較厚，當(dāng)外加反向電壓高到一定數(shù)值時(shí)，因外電場過強(qiáng)，使PN結(jié)內(nèi)少數(shù)載流子獲得很大的動(dòng)能而直接與原子碰撞，將原子電離，產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)，由于鏈鎖反應(yīng)的結(jié)果，使少數(shù)載流子數(shù)目急劇增多，反向電流雪崩式地迅速增大，這種現(xiàn)象叫雪崩擊穿。雪崩擊穿通常發(fā)生在高反壓、低摻雜的情況下。

　?。?）齊納擊穿

　　對(duì)于采用高摻雜（即雜質(zhì)濃度很大）形成的PN結(jié)，由于結(jié)很?。ㄈ?.04μm）即使外加電壓并不高（如4V），就可產(chǎn)生很強(qiáng)的電場（如）將結(jié)內(nèi)共價(jià)鍵中的價(jià)電子拉出來，產(chǎn)生大量的電子一空穴對(duì)，使反向電流劇增，這種現(xiàn)象叫齊納擊穿（因齊納研究而得名）。齊納擊穿一般發(fā)生在低反壓、高摻雜的情況下。

　?。?）熱擊穿

　　在使用二極管的過程中，如由于PN結(jié)功耗（反向電流與反向電壓之積）過大，使結(jié)溫升高，電流變大，循環(huán)反復(fù)的結(jié)果，超過PN結(jié)的允許功耗，使PN結(jié)擊穿的現(xiàn)象叫熱擊穿。熱擊穿后二極管將發(fā)生永久性損壞。

　　對(duì)于硅PN結(jié)，擊穿電壓在7V以上的為雪崩擊穿；4V以下的為齊納擊穿；在。4～7V之間的兩種情況都有。無論哪種擊穿，只要控制反向電流的數(shù)值不致引起熱擊穿，當(dāng)反向電壓下降到擊穿電壓以下，其性能可以恢復(fù)到未擊穿前的狀況。

　 穩(wěn)壓二極管的參數(shù)

　　（1） 穩(wěn)定電壓VZ

　　Vz穩(wěn)壓管反向擊穿后其電流為規(guī)定值時(shí)它兩端的電壓值。不同型號(hào)的穩(wěn)壓管其Vz的范圍不同；同種型號(hào)的穩(wěn)壓管也常因工藝上的差異而有一定的分散性。所以，Vz一般給出的是范圍值，例如2CW11的Vz在3.2～4.5V （測試電流為10mA）。當(dāng)然，二極管（包括穩(wěn)壓管）的正向?qū)ㄌ匦砸灿蟹€(wěn)壓作用，但穩(wěn)定電壓只有0.6～0. 8V，且隨溫度的變化較大，故一般不常用。

　?。?）穩(wěn)定電流IZ

　　IZ是指穩(wěn)壓管正常工作時(shí)的參考電流。Iz 通常在最小穩(wěn)定電流IZmin與最大穩(wěn)定電流IZmax之間。其中IZmin 是指穩(wěn)壓管開始起穩(wěn)壓作用時(shí)的最小電流，電流低于此值時(shí)，穩(wěn)壓效果差；IZmax是指穩(wěn)壓管穩(wěn)定工作時(shí)的最大允許電流，超過此電流時(shí)，只要超過額定功耗，穩(wěn)壓管將發(fā)生永久性擊穿。故一般要求 IZmin＜ Iz ＜ IZmax 。

　?。?）動(dòng)態(tài)電阻rZ

　　rZ是指在穩(wěn)壓管正常工作的范圍內(nèi)，電壓的微變量與電流的微變量之比。rZ 越小，表明穩(wěn)壓管性能越好。

　　（4）額定功耗PZ

　　Pz是由管子溫升所決定的參數(shù)， Pz＝Vz IZmax 。

　?。?）溫度系數(shù)α

　　α是指Vz受溫度影響的程度。硅穩(wěn)壓管在VZ＜4V時(shí)α＜0；在VZ＞7V時(shí)，α＞0；在VZ = 4～7V時(shí)，α很小

　 穩(wěn)壓二極管工作原理：

　　穩(wěn)壓二極管的特點(diǎn)就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。 這樣，當(dāng)把穩(wěn)壓管接入電路以后，若由于電源電壓發(fā)生波動(dòng)，或其它原因造成電路中各點(diǎn)電壓變動(dòng)時(shí)，負(fù)載兩端的電壓將基本保持不變。

　　穩(wěn)壓二極管在電路中常用“ZD”加數(shù)字表示，如：ZD5表示編號(hào)為5的穩(wěn)壓管。

　　故障特點(diǎn)：

　　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。

　　常用穩(wěn)壓二極管的型號(hào)及穩(wěn)壓值如下表：

　　型 號(hào) 1N4728 1N4729 1N4730 1N4732 1N4733 1N4734 1N4735 1N4744 1N4750 1N4751 1N4761

　　穩(wěn)壓值 3.3V 3.6V 3.9V 4.7V 5.1V 5.6V 6.2V 15V 27V 30V 75V

　　穩(wěn)壓管也是一種晶體二極管，它是利用PN結(jié)的擊穿區(qū)具有穩(wěn)定電壓的特性來工作的。穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓設(shè)備和一些電子電路中獲得廣泛的應(yīng)用。我們把這種類型的二極管稱為穩(wěn)壓管，以區(qū)別用在整流、檢波和其他單向?qū)щ妶龊系亩O管。如圖畫出了穩(wěn)壓管的伏安特性及其符號(hào)。

　?。?）穩(wěn)定電壓Uz Uz就是PN結(jié)的擊穿電壓，它隨工作電流和溫度的不同而略有變化。對(duì)于同一型號(hào)的穩(wěn)壓管來說，穩(wěn)壓值有一定的離散性。

　?。?）穩(wěn)定電流Iz 穩(wěn)壓管工作時(shí)的參考電流值。它通常有一定的范圍，即Izmin——Izmax。

　?。?）動(dòng)態(tài)電阻rz 它是穩(wěn)壓管兩端電壓變化與電流變化的比值，如上圖所示，即這個(gè)數(shù)值隨工作電流的不同而改變。通常工作電流越大，動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓性能越好。

　?。?）電壓溫度系數(shù) 它是用來說明穩(wěn)定電壓值受溫度變化影響的系數(shù)。不同型號(hào)的穩(wěn)壓管有不同的穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)，且有正負(fù)之分。穩(wěn)壓值低于4v的穩(wěn)壓管，穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)為負(fù)值；穩(wěn)壓值高于6v的穩(wěn)壓管，其穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)為正值；介于4V和6V之間的，可能為正，也可能為負(fù)。在要求高的場合，可以用兩個(gè)溫度系數(shù)相反的管子串聯(lián)進(jìn)行補(bǔ)償（如2DW7）。

　?。?）額定功耗Pz 前已指出，工作電流越大，動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)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P2將會(huì)使穩(wěn)壓管損壞。

　　選擇穩(wěn)壓管時(shí)應(yīng)注意：流過穩(wěn)壓管的電流Iz不能過大，應(yīng)使Iz≤Izmax，否則會(huì)超過穩(wěn)壓管的允許功耗，Iz也不能太小，應(yīng)使Iz≥Izmin，否則不能穩(wěn)定輸出電壓，這樣使輸入電壓和負(fù)載電流的變化范圍都受到一定限制。下圖示出了穩(wěn)壓管工作時(shí)的動(dòng)態(tài)等效電路，圖中二極管為理想二極管。