【導讀】本文主要是關于三端穩(wěn)壓器和穩(wěn)壓二極管的相關介紹，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。
本文主要是關于三端穩(wěn)壓器和穩(wěn)壓二極管的相關介紹，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?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·前者多應用在控制電路；后者都是應用在供電電路。
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
關于三端穩(wěn)壓器和穩(wěn)壓二極管的相關介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。
