三端穩(wěn)壓管和穩(wěn)壓二極管工作原理、應(yīng)用、參數(shù)等區(qū)別與聯(lián)系

三端穩(wěn)壓管和穩(wěn)壓二極管介紹

下文會(huì)從三端穩(wěn)壓管和穩(wěn)壓二極管的各個(gè)方面的知識(shí)來介紹它們。先看他們的基本概況吧。

（1）三端穩(wěn)壓管概述

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(shí)，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。

（2）穩(wěn)壓二極管概述

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。

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)很小的數(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)就可獲得更高的穩(wěn)定電壓。

三端穩(wěn)壓管和穩(wěn)壓二極管的工作原理

三端穩(wěn)壓管和穩(wěn)壓二極管的工作原理區(qū)別如下：

（1）三端穩(wěn)壓管工作原理

因?yàn)楣潭ㄈ朔€(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(zhǔn)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(zhǔn)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(fù)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(fù)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(fù)載電阻。

當(dāng)電網(wǎng)電壓降低或負(fù)載電阻減小而使輸出端電壓有所下降時(shí)，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?yàn)門1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(fù)載發(fā)生變化引起輸出電壓Uo增大時(shí)，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(duì)輸出電壓進(jìn)行微調(diào)。調(diào)整管T1與負(fù)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(diǎn)。

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(fù)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(zhǎng)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(hù)和過載保護(hù)等電路。

三端穩(wěn)壓內(nèi)部電路圖

（2）穩(wěn)壓二極管的工作原理

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(shí)，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(shí)，反向電流驟然增大，稱為擊穿，在這一臨界擊穿點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了二極管的穩(wěn)壓功能。

主要參數(shù)

三端穩(wěn)壓管和穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)如下：

（一）三端穩(wěn)壓管最主要參數(shù)

(1)輸出電壓V。

輸出電壓是指穩(wěn)壓器的各工作參數(shù)符合規(guī)定時(shí)的輸出電壓值。對(duì)于固定輸出穩(wěn)壓器，它是常數(shù);對(duì)于可調(diào)式輸出穩(wěn)壓器，它是輸出電壓范圍。

(2)輸出電壓偏差

對(duì)于固定輸出穩(wěn)壓器，實(shí)際輸出的電壓值和規(guī)定的輸出電壓Vo之間往往有一定的偏差。這個(gè)偏差值一般用百分比表示，也可以用電壓值表示。

(3)最大輸出電壓ICM

最大輸出電流指穩(wěn)壓器能夠保持輸出電壓不變的最大電流。

(4)最小輸入電壓Vimin

輸人電壓值在低于最小輸入電壓值時(shí)，穩(wěn)壓器將不能正常工作。

(5)最大輸人電壓Vimax

最大輸入電壓是指穩(wěn)壓器安全工作時(shí)允許外加的最大電壓值。

說明:(4)、(5)兩項(xiàng)也常用輸人電壓的范圍來表示。

(6)最小輸入、輸出電壓差(Vi-Vo)

它是指穩(wěn)壓器能正常工作時(shí)的輸入電壓U與輸出電壓八是最小電壓差值。

(7)電壓調(diào)整率SV

電壓調(diào)整率是指當(dāng)穩(wěn)壓器負(fù)載不變而輸入的直流電壓變化時(shí)，所引起的輸出電壓的相對(duì)變化量。SV常用下式表示:

式中:△AVo——輸出電壓變化量;

△Ai——輸入電壓變化量。

電壓調(diào)整率有時(shí)也用某一輸入電壓變化范圍內(nèi)的輸出電壓變化量表示。

電壓調(diào)整車用來表征穩(wěn)壓器維持輸出電壓不變的能力。

(8)電流調(diào)整率SI

電流調(diào)整車是指，當(dāng)輸入電壓保持不變而輸出電流在規(guī)定范圍內(nèi)變化時(shí)，穩(wěn)壓器輸出電壓相對(duì)變化的百分比，可用下式表示:

電流調(diào)整率有時(shí)也用負(fù)載電流變化時(shí)輸出電壓的變化量來表示。

(9)輸出電壓溫漂ST

輸出電壓溫漂也稱輸出電壓的溫度系數(shù)。其定義為，在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，當(dāng)輸入電壓和輸出電流不變時(shí)，單位溫度變化引起的輸出電壓變化量，用公式表達(dá)為:

式中:△T——溫度變化量。

(10)輸出阻抗Z。

輸出阻抗指，在規(guī)定的輸入電壓和輸出電流的條件下，在輸出端上所測(cè)得的交流電壓與交流電流之比，即

輸出阻抗反映了在動(dòng)態(tài)負(fù)載狀態(tài)下，穩(wěn)壓器的電流調(diào)整率。

(11)輸出噪聲電壓VN

它是指當(dāng)穩(wěn)壓器輸入端無噪聲電壓進(jìn)入時(shí)，在其輸出端所測(cè)得的噪聲電壓值。輸出噪聲

電壓是由穩(wěn)壓器內(nèi)部產(chǎn)生的，它對(duì)許多負(fù)載是有害的。

（二）穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)

1.Uz— 穩(wěn)定電壓

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

3.Rz— 動(dòng)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(dòng)態(tài)電阻則愈小。例如，2CW7C穩(wěn)壓管的工作電流為 5mA時(shí)，Rz為18Ω;工作電流為1OmA時(shí)，Rz為8Ω;為20mA時(shí)，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(huì)發(fā)生微小變化，溫度變化1℃所引起管子兩端電壓的相對(duì)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(fù)的；高于6V的屬雪崩擊穿，溫度系數(shù)是正的。溫度升高時(shí)，耗盡層減小，耗盡層中，原子的價(jià)電子上升到較高的能量，較小的電場(chǎng)強(qiáng)度就可以把價(jià)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(fù)的。

對(duì)電源要求比較高的場(chǎng)合，可以用兩個(gè)溫度系數(shù)相反的穩(wěn)壓管串聯(lián)起來作為補(bǔ)償。由于相互補(bǔ)償，溫度系數(shù)大大減小，可使溫度系數(shù)達(dá)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(shí)，IR=O.1uA;在VR=6V時(shí)，IR=10uA。

應(yīng)用

三端穩(wěn)壓管和穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用：

三端穩(wěn)壓管典型應(yīng)用

所謂的三端穩(wěn)壓器，就是只有三個(gè)引腳，分別為輸入端、輸出端和地（公共端），按功能可分為固定式穩(wěn)壓電路和可調(diào)式穩(wěn)壓電路，固定式就是輸出電壓為固定的，而可調(diào)式可以通過外接元件使輸出電壓得到很寬的調(diào)節(jié)范圍；下面我們分別介紹兩種穩(wěn)壓電路。

固定式三端穩(wěn)壓器：

作為維修人員，相信大家大都見過電路板上的7800系列產(chǎn)品，比如7805，7812等，它們都屬于W7800系列。W7800系列三端穩(wěn)壓器的輸出電壓有5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V七個(gè)檔次，型號(hào)后面的兩個(gè)數(shù)字表示輸出電壓值，輸出電流有三個(gè)檔次，1.5A，例如W7805；0.5A，例如W78M05；0.1A，例如W78L05。此系列產(chǎn)品因性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉而得到廣泛的應(yīng)用。

上圖為7805內(nèi)部原理框圖，其內(nèi)部就是一個(gè)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路加保護(hù)電路組成，只不過把它集成起來了。W7805的輸入端和輸出端之間的電壓差允許值為3~13V，也就是說輸出5V，輸入電壓至少是8V，最多是18V。

7805的典型應(yīng)用電路

上圖為7805的典型應(yīng)用電路。圖中電容C2用于抵消輸入線較長(zhǎng)時(shí)的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激振蕩，C3用于濾除輸出電壓中的高頻噪聲。

可調(diào)穩(wěn)壓電路

上圖為輸出電壓可調(diào)的實(shí)用穩(wěn)壓電路，圖中IC2組成電壓跟隨器，它的輸出電壓等于7805的輸出電壓，也就是電阻R1和可調(diào)電阻R2的電壓之和，改變R2滑動(dòng)端的位置，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。

可調(diào)式三端穩(wěn)壓器：可調(diào)式三端穩(wěn)壓器和固定式同樣有三個(gè)引腳，分別為輸入端、輸出端和調(diào)整端。可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器輸出電壓可調(diào)，穩(wěn)壓精度高，輸出紋波小，只需外接兩只不同的電阻，即可獲得各種輸出電壓。三端可調(diào)式穩(wěn)壓器品種繁多，如正壓輸出的317(217/117)系列、123系列、138系列、140系列、150系列；負(fù)壓輸出的337系列等，它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率要比固定式穩(wěn)壓器好。

上圖為W117的原理框圖。R1和R2為外接的采樣電阻，調(diào)整端接在它們的連接點(diǎn)上。由于此電路引入了深度電壓負(fù)反饋，因此輸出電壓非常穩(wěn)定。如不外接電阻使用，其輸出電壓等于基準(zhǔn)電壓值，典型值為1.25V。

可調(diào)式三端穩(wěn)壓器的主要應(yīng)用就是實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路，所以外接采樣電穩(wěn)壓電路不可缺少的部分，其W317典型電路如上圖，輸出電壓的計(jì)算公式為 輸出電壓=（1 R2/R1）*1.25V。調(diào)節(jié)電位器R2的阻值可調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。調(diào)節(jié)范圍為1.2V~37V。另外需要說明的是，其輸入端和輸出端電壓差為3~40V，過低穩(wěn)壓電路不穩(wěn)壓，過高時(shí)調(diào)整管可能因管壓降過大擊穿。

（二）穩(wěn)壓二極管應(yīng)用

（1）典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

在此電路中，三極管T的基極被穩(wěn)壓

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

二極管D穩(wěn)定在13V，那么其發(fā)射極就輸出恒定的13-0.7=12.3V電壓了，在一定范圍內(nèi)，無論輸入電壓升高還是降低，無論負(fù)載電阻大小變化，輸出電壓都保持不變。這個(gè)電路在很多場(chǎng)合下都有應(yīng)用。7805就是一種串聯(lián)型集成穩(wěn)壓電路，可以輸出5V的電壓。7805-7824可以輸出5-24V電壓。在很多電器上都有應(yīng)用。

（2）電視機(jī)里的過壓保護(hù)電路

115V是電視機(jī)主供電電壓，當(dāng)電源輸出電壓過高時(shí)，D導(dǎo)通，三極管T導(dǎo)通，其集電極電位將由原來的高電平（5V）變?yōu)榈碗娖剑ㄟ^待機(jī)控制線的電壓使電視機(jī)進(jìn)入待機(jī)保護(hù)狀態(tài).

（3）電弧抑制電路

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。

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