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齐纳二极管

(2011-08-12 19:36:01)
标签:

击穿区

稳压二极管

稳压管

齐纳二极管

电压

杂谈

分类: 二极管,可控硅,LED
百科名片

齐纳二极管zener diodes(又叫稳压二极管),此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。在临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,由于这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压。

目录

基本参数
工作原理
参数含义
检验方法
伏安特性
主要类别
相关区别
产品选用
电路识别
产品应用
电路选择
注意事项
基本参数
工作原理
参数含义
检验方法
伏安特性
主要类别
相关区别
产品选用
 

基本参数

  (1)稳定电压Vz:稳定电压就是稳压二极管在正常工作时,管子两端的电压值。这个数值随工作电流和温度的不同略有改变,既是同一型号的稳压二极管,稳定电压值也有一定的分散性,例如2CW14硅稳压二极管的稳定电压为6~7.5V。
  齐纳二极管

齐纳二极管

(2)耗散功率PM:反向电流通过稳压二极管的PN结时,要产生一定的功率损耗,PN结的温度也将升高。根据允许的PN结工作温度决定出管子的耗散功率。通常小功率管约为几百毫瓦至几瓦。   最大耗散功率PZM:是稳压管的最大功率损耗取决于PN结的面积和散热等条件。反向工作时,PN结的功率损耗为:PZ=VZ*IZ,由PZM和VZ可以决定IZmax。   (3)稳定电流IZ、最小稳定电流IZmin、大稳定电流IZmax稳定电流:工作电压等于稳定电压时的反向电流;最小稳定电流:稳压二极管工作于稳定电压时所需的最小反向电流;最大稳定电流:稳压二极管允许通过的最大反向电流。   (4)动态电阻rZ:其概念与一般二极管的动态电阻相同,只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。rZ愈小,反映稳压管的击穿特性愈陡。   rz=△VZ/△IZ   (5)稳定电压温度系数:温度的变化将使VZ改变,在稳压管中,当|VZ|>7V时,VZ具有正温度系数,反向击穿是雪崩击穿。   当|VZ|<4V时,VZ具有负温度系数,反向击穿是齐纳击穿。   当4V<|VZ|<7V时,稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。

工作原理

  稳压管也是一种晶体二极管,它是利用PN结的击穿区具有稳定电压的特性
  齐纳二极管

齐纳二极管

来工作的。稳压管在稳压设备和一些电子电路中获得广泛的应用。把这种类型的二极管称为稳压管,以区别用在整流、检波和其他单向导电场合的二极管。稳压二极管的特点就是击穿后,其两端的电压基本保持不变。这样,当把稳压管接入电路以后,若由于电源电压发生波动,或其它原因造成电路中各点电压变动时,负载两端的电压将基本保持不变。如图画出了稳压管的伏安特性及其符号。稳压管反向击穿后,电流虽然在很大范围内变化,但稳压管两端的电压变化很小。利用这一特性,稳压管在电路中能起稳压作用。因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。其伏安特性见稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压。

参数含义

  (1)Vz--稳定电压。指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。该值随工作电流和温度的不同而略有改变。由于制造工艺的差别,同一型号稳压管的稳压值也不完全一致。例如,2CW51型稳压管的Vzmin为3.0V,Vzmax则为3.6V。
  齐纳二极管

齐纳二极管

(2)Iz—稳定电流。指稳压管产生稳定电压时通过该管的电流值。低于此值时,稳压管虽并非不能稳压,但稳压效果会变差;高于此值时,只要不超过额定功率损耗,也是允许的,而且稳压性能会好一些,但要多消耗电能。最大稳定工作电流取决于最大耗散功率,即Pzmax=Vz*Izmax。而Izmin对应Vzmin。   (3)Rz—动态电阻。指稳压管两端电压变化与电流变化的比值。该比值随工作电流的不同而改变,一般是工作电流愈大,动态电阻则愈小。例如,2CW7C稳压管的工作电流为5mA时,Rz为18Ω;工作电流为1OmA时,Rz为8Ω;为20mA时,Rz为2Ω。Rz=DVz/DIz,Rz愈小,反映稳压管的击穿特性愈陡。   (4)Pz—额定功耗。由芯片允许温升决定,其数值为稳定电压Vz和允许最大电流Izm的乘积。例如2CW51稳压管的Vz为3V,Izm为20mA,则该管的Pz为60mW.   (5)Ctv—电压温度系数。是说明稳定电压值受温度影响的参数。例如2CW58稳压管的Ctv是+0.07%/°C,即温度每升高1°C,其稳压值将升高0.07%。   (6)IR—反向漏电流。指稳压二极管在规定的反向电压下产生的漏电流。例如2CW58稳压管的VR=1V时,IR=O.1uA;在VR=6V时,IR=10uA。

检验方法

  (1)正、负电极的判别从外形上看,金属封装稳压二极管管体的正极一端为平面形,负极一端为半圆面形。塑封稳压二极管管体上印有彩色标记的一端为负极,另一端为正极。对标志不清楚的稳压二极管,也可以用万用表判别其极性,测量的方法与普通二极管
  齐纳二极管

稳压二极管测试仪

相同,即用万用表R×1k档,将两表笔分别接稳压二极管的两个电极,测出一个结果后,再对调两表笔进行测量。在两次测量结果中,阻值较小那一次,黑表笔接的是稳压二极管的正极,红表笔接的是稳压二极管的负极。若测得稳压二极管的正、反向电阻均很小或均为无穷大,则说明该二极管已击穿或开路损坏。   (2)稳压值的测量用0~30V连续可调直流电源,对于13V以下的稳压二极管,可将稳压电源的输出电压调至15V,将电源正极串接1只1.5kΩ限流电阻后与被测稳压二极管的负极相连接,电源负极与稳压二极管的正极相接,再用万用表测量稳压二极管两端的电压值,所测的读数即为稳压二极管的稳压值。若稳压二极管的稳压值高于15V,则应将稳压电源调至20V以上。   也可用低于1000V的兆欧表为稳压二极管提供测试电源。其方法是:将兆欧表正端与稳压二极管的负极相接,兆欧表的负端与稳压二极管的正极相接后,按规定匀速摇动兆欧表手柄,同时用万用表监测稳压二极管两端电压值(万用表的电压档应视稳定电压值的大小而定),待万用表的指示电压指示稳定时,此电压值便是稳压二极管的稳定电压值。   若测量稳压二极管的稳定电压值忽高忽低,则说明该二极管的性不稳定。

伏安特性

  稳压管的主要参数如下: (1)稳定电压UzUz就是PN结的击穿电压,它随工作电流和温度的不同而略有变化。对于同一型号的稳压管来说,稳压值有一定的离散性。
  齐纳二极管

伏安特性示意图

(2)稳定电流Iz稳压管工作时的参考电流值。它通常有一定的范围,即Izmin——Izmax   (3)动态电阻rz它是稳压管两端电压变化与电流变化的比值,如上图所示,即这个数值随工作电流的不同而改变。通常工作电流越大,动态电阻越小,稳压性能越好。   下图示出了稳压管工作时的动态等效电路,图中二极管为理想二极管。   v的稳压管,其稳定电压的温度系数为正值;介于4V和6V之间的,可能为正,也可能为负。在要求高的场合,可以用两个温度系数相反的管子串联进行补偿(如2DW7)。   (5)额定功耗Pz前已指出,工作电流越大,动态电阻越小,稳压性能越好,但是最大工作电流受到额定功耗Pz的限制,超过P2将会使稳压管损坏。   选择稳压管时应注意:流过稳压管的电流Iz不能过大,应使Iz≤Izmax,否则
  齐纳二极管

伏安特性示意图

会超过稳压管的允许功耗,Iz也不能太小,应使Iz≥Izmin,否则不能稳定输出电压,这样使输入电压和负载电流的变化范围都受到一定限制。   (4)电压温度系数它是用来说明稳定电压值受温度变化影响的系数。不同型号的稳压管有不同的稳定电压的温度系数,且有正负之分。稳压值低于4v的稳压管,稳定电压的温度系数为负值;稳压值高于6。

主要类别

  稳压管分低压、高压两种。低压稳压管的Vz值一般在40V以下,高压稳压管最高可达200V。过去国产稳压管均采用金属壳封装,不仅体积大,而且价格高。近年来来全系列玻
  齐纳二极管

齐纳二极管

封存稳压管大量问世,其优点是规格齐全(Vz=2.4~200V)、稳压特性好、体积小巧(采用DO-35封装,管径φ2.0mm,长4mm)、价格低廉。半导体稳压二极管亦纳二极管(ZenerDiode)或电压调整二极,简称稳压管。稳压管和半导体二极管都具有单向导电性质,仅仅靠观察外形,有时很难加以区别。例如,2CW7的外形很象小功率二极管,而2DW7的外形又与晶体管相似。动态电阻也比较大。对于稳压管,当反向电压超过其工作电压Vz(亦称齐纳电压或稳定电压)时,反向电流将突然增大,而器件两端的电压基本保持恒定。对应的反向伏安特性曲线非常陡,动态电阻很小。稳压管可用作稳压器、电压基准、过压保护、电平转换器等。本书用Dz符号表示稳压管。

相关区别

  和二极管区别   第一,二极管一般在正向电压下工作,稳压管则在反向击穿
  齐纳二极管

齐纳二极管

状态下工作,二者用法不同;   第二,普通二极管的反向击穿电压一般在40V以上,高的可达几百伏至上千伏,而且在伏安特性曲线反向击穿的一段不陡,即反向击穿电压的范围较大,动态电阻也比较大。对于稳压管,当反向电压超过其工作电压Vz(亦称齐纳电压或稳定电压)时,反向电流将突然增大,而器件两端的电压基本保持恒定。对应的反向伏安特性曲线非常陡,动态电阻很小。稳压管可用作稳压器、电压基准、过压保护、电平转换器等。本书用Dz符号表示稳压管。   稳压管分低压、高压两种。低压稳压管的Vz值一般在40V以下,高压稳压管最高可达200V。过去国产稳压管均采用金属壳封装,不仅体积大,而且价格高。近年来来全系列玻封存稳压管大量问世,其优点是规格齐全(Vz=2.4~200V)、稳压特性好、体积小巧(采用DO-35封装,管径φ2.0mm,长4mm)、价格低廉。

产品选用

  稳压二极管的选用:稳压二极管一般用在稳压电源中作为基准电压源或用在过电压保护电路中作为保护二极管。   选用的稳压二极管,应满足应用电路中主要参数的要求。稳压二极管
  齐纳二极管

齐纳二极管

的稳定电压值应与应用电路的基准电压值相同,稳压二极管的最大稳定电流应高于应用电路的最大负载电流50%左右。   稳压二极管损坏后,应采用同型号稳压二极管或电参数相同的稳压二极管来更换。   可以用具有相同稳定电压值的高耗散功率稳压二极管来代换耗散功率低的稳压二极管,但不能用耗散功率低的稳压二极管来代换耗散功率高的稳压二极管。例如,0.5W、6.2V的稳压二极管可以用1W、6.2V稳压二极管代换。

电路识别

  稳压二极管在电路中常用“ZD”加数字表示,如:ZD5表示编号为5的稳压管。   1、稳压二极管的稳压原理:稳压二极管的特点就是击穿后,其两端的电压基本保持不变。这样,当把稳压管接入电路以后,若由于电源电压发生波动,或其它原因造成电路中各点电压变动时,负载两端的电压将基本保持不变。   2、故障特点:稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。在这3种故障中,前一种故障表现出电源电压升高;后2种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定。   常用稳压二极管的型号及稳压值如下表:   
型号 1N4728 1N4729 1N4730 1N4732 1N4733 1N4734 1N4735 1N4744 1N4750 1N4751 1N4761
稳压值 3.3V 3.6V 3.9V 4.7V 5.1V 5.6V 6.2V 15V 27V 30V 75V

产品应用

  1、浪涌保护电路:稳压管在准确的电压下击穿,这就使得它可作为限制或保护之元件来使用,因为各种电压的稳压二极管都可以得到,故对于这种应用特别适宜。稳压二极管D是作为过压保护器件。只要电源电压VS超过二极管的稳压值D就导通,使继电器J吸合负载RL就与电源分开。   2、电视机里的过压保护电路:EC是电视机主供电压。当EC电压过高时,D导通,三极管BG导通,其集电极电位将由原来的高电平(5V)变为低电平,通过待机控制线的控制使电视机进入待机保护状态.。   3、电弧抑制电路:在电感线圈上并联接入一只合适的稳压二极管(也
  齐纳二极管

齐纳二极管

可接入一只普通二极管原理一样)的话,当线圈在导通状态切断时,由于其电磁能释放所产生的高压就被二极管所吸收,所以当开关断开时,开关的电弧也就被消除了。这个应用电路在工业上用得比较多,如一些较大功率的电磁吸控制电路就用到它。   4、串联型稳压电路:在此电路中,串联稳压管BG的基极被稳压二极管D钳定在13V,那么其发射极就输出恒定的12V电压了。这个电路在很多场合下都有应用TVS器件按极性可分为单极性和双极性两种;按用途可分为通用型和专用型;按封装和内部结构可分为轴向引线二极管、双列直插TVS阵列、贴片式和大功率模块等。轴向引线的产品峰值功率可达400 W、500 W、600W、1500W和5 000W。其中大功率的产品主要用在电源馈线上,低功率产品主要用在高密度安装场合。对于高密度安装的场合,也可以选择双列直插和表面贴装等封装形式。   在选用TVS时,应考虑以下几个主要因素:   (1)若TVS有可能承受来自两个方向的尖峰脉冲电压(浪涌电压)冲击时,应当选用双极性的,否则可选用单极性。   (2)所选用TVS的Vc值应低于被保护元件的最高电压。Vc是二极管在截止状态的电压,也就是在ESD冲击状态时通过TVS的电压,它不能大于被保护回路的可承受极限电压,否则器件面临被损坏的危险。   (3)TVS在正常工作状态下不要处于击穿状态,最好处于VR以下,应综合考虑VR和VC两方面的要求来选择适当的TVS。   (4)如果知道比较准确的浪涌电流IPP,则可利用VCIpp来确定功率;如果无法确定IPP的大致范围,则选用功率大些的TVS为好。PM是TVS能承受的最大峰值脉冲功率耗散值。在给定的最大箝位电压下,功耗PM越大,其浪涌电流的承受能力越大;在给定的功耗PM下,箝位电压VC越低,其浪涌电流的承受能力越大。另外,峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间环境温度有关。   (5)TVS所能承受的瞬态脉冲是不重复的,器件规定的脉冲重复频率(持续时间与间歇时间之比)为0.01%。如果电路内出现重复性脉冲,应考虑脉冲功率的累积,不然有可能损坏
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齐纳二极管

TVS。   (6)对于小电流负载的保护,可有意识地在线路中增加限流电阻,只要限流电阻的阻值适当,一般不会影响线路的正常工作,但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小。但这样可能选用峰值功率较小的TVS管来对小电流负载线路进行保护。   (7)电容量C是由TVS雪崩结截面决定的,这是在特定的1 MHz频率下测得的。C的大小与TVS的电流承受能力成正比,C太大将使信号衰减。因此,C是数据接口电路选用TVS的重要参数。对于数据/信号频率越高的回路,二极管的电容对电路的干扰越大,形成噪声或衰减信号强度也大,因此,需要根据回路的特性来决定所选器件的电容范围。高频回路一般选择电容应尽量小(如LCTVS、低电容TVS,电容不大于3 pF),而对电容要求不高的回路,电容的容量选择可高于40 pF。   (8)为了满足IEC61000-4-2国际标准,TVS二极管必须达到可以处理最小8 kV(接触)和15 kV(空气)的ESD冲击,有的半导体生产厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。而对于某些有特殊要求的便携设备应用,设计者可以按需要挑选器件。

电路选择

  1、取稳压管上的电压,经一限流电阻(2~5K)接NPN型中功率三极管的基极,三极管的集电极接正电源,由三极管的射极输出(输出电压比稳压管上的电压低一个结压降),三极管可加散热片。   2、放弃这种方法,用三端稳压器,又简单,又可靠。W7812(1.5A);W78M12(500ma);w78L12(100ma)   3、采用变压器降压,再整流。   4、学会做逆变整流电源,体积小,分量轻,效率高。

注意事项

  稳压二极管用途广泛,使用极多。看起来应用很简单,但如果不注意,也极易损坏。以下是选用时的几点注意事项: 1:可将多只稳压二极管串联使用,但由于二极管参数的离散性比较大,不得并联使用。   2:温度对半导体器件的特性影响较大,当环境温度超过50℃时,温度每升高1℃,应将最大耗散功率降低1%。   3:稳压二极管管脚必须在离管壳5mm以上处进行焊接,最好使用30W以下的电烙铁进行焊接。若使用40~75W电烙铁焊接时,焊接时间应不超过8~10s。尽量使用内装焊料的焊锡丝焊接,不要使用大块焊锡松香的方法。   4:为了使稳压二极管的电压温度系数得到补偿,可以将稳压二极管与硅二极管(包括硅稳压二极管)串联使用,所串的正向二极管不得超过三个,也可与特殊的温度补偿管串联使用。   5:为了获得较低的稳定电压,可以选择适当的稳压二极管以相反极性方向串联,再加以适当的工作电流来获得。即将稳压二极管正向使用

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