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

 

三端穩壓器
 

三端穩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。穩壓管在反向擊穿時(shí)，在一定的電流范圍內（或者說(shuō)在一定功率損耗范圍內），端電壓幾乎不變，表現出穩壓特性，因而廣泛應用于穩壓電源與限幅電路之中。

 

 

 

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

 

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。穩壓管Dz以其穩定電壓Uz作為基準電壓，加在T2的發(fā)射極上。R3是穩壓管的限流電阻。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便可調節RL兩端的電壓Uo。也就是說(shuō)，穩壓電路的輸出電壓Uo可以通過(guò)三極管T1加以調節，所以T1稱(chēng)為調整管。由于調整元件是晶體管管，而且在電路中與負載相串聯(lián)，故稱(chēng)為晶體管串聯(lián)型穩壓電路。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(shí)，其取樣電壓UB2相應減小，T2基極電位下降。但因T2發(fā)射極電位既穩壓管的穩定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T(mén)1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(shí)，通過(guò)取樣、比較放大、調整等過(guò)程，將使調整調整管的管壓降UCE1增加，結果抑制了輸出端電壓的增大，輸出電壓仍基本保持不變。

 

調節電位器Rp，可對輸出電壓進(jìn)行微調。調整管T1與負載電阻RL組成的是射極輸出電路，所以具有穩定輸出電壓的特點(diǎn)。

 

在串聯(lián)型穩壓電源電路的工作過(guò)程中，要求調整管始終處在放大狀態(tài)。通過(guò)調整管的電流等于負載電流，因此必須選用適當的大功率管作調整管，并按規定安裝散熱裝置。為了防止短路或長(cháng)期過(guò)載燒壞調整管，在直流穩壓器中一般還設有短路保護和過(guò)載保護等電路。

 

穩壓二極管，英文名稱(chēng)Zener diode，又叫齊納二極管。利用pn結反向擊穿狀態(tài)，其電流可在很大范圍內變化而電壓基本不變的現象，制成的起穩壓作用的二極管。 ［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(diǎn)上，反向電阻降低到一個(gè)很小的數值，在這個(gè)低阻區中電流增加而電壓則保持恒定，穩壓二極管是根據擊穿電壓來(lái)分檔的，因為這種特性，穩壓管主要被作為穩壓器或電壓基準元件使用。穩壓二極管可以串聯(lián)起來(lái)以便在較高的電壓上使用，通過(guò)串聯(lián)就可獲得更高的穩定電壓。

 

 

 

穩壓二極管的伏安特性曲線(xiàn)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(chēng)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變化，而二極管兩端的電壓卻基本上穩定在擊穿電壓附近，從而實(shí)現了二極管的穩壓功能。 ［1］

 

 

指穩壓管通過(guò)額定電流時(shí)兩端產(chǎn)生的穩定電壓值。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，同一型號穩壓管的穩壓值也不完全一致。例如，2CW51型穩壓管的Vzmin為3.0V， Vzmax則為3.6V。

 

 

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

 

 

指穩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則基本維持此數值。

 

 

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

 

 

如果穩壓管的溫度變化，它的穩定電壓也會(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變化量即是溫度系數（單位：﹪/℃）。一般說(shuō)來(lái)穩壓值低于6V屬于齊納擊穿，溫度系數是負的；高于6V的屬雪崩擊穿，溫度系數是正的。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)強度就可以把價(jià)電子從原子中激發(fā)出來(lái)產(chǎn)生齊納擊穿，因此它的溫度系數是負的。雪崩擊穿發(fā)生在耗盡層較寬電場(chǎng)強度較低時(shí)，溫度增加使晶格原子振動(dòng)幅度加大，阻礙了載流子的運動(dòng)。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是正的。這就是為什么穩壓值為15V的穩壓管其穩壓值隨溫度逐漸增大的，而穩壓值為5V的穩壓管其穩壓值隨溫度逐漸減小的原因。例如2CW58穩壓管的溫度系數是+0.07%/°C，即溫度每升高1°C，其穩壓值將升高0.07%。

 

對電源要求比較高的場(chǎng)合，可以用兩個(gè)溫度系數相反的穩壓管串聯(lián)起來(lái)作為補償。由于相互補償，溫度系數大大減小，可使溫度系數達到0.0005%/℃。

 

 

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

 

 

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

 

 

從外形上看，金屬封裝穩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。對標志不清楚的穩壓二極管，也可以用萬(wàn)用表判別其極性，測量的方法與普通二極管相同，即用萬(wàn)用表R×1k檔，將兩表筆分別接穩壓二極管的兩個(gè)電極，測出一個(gè)結果后，再對調兩表筆進(jìn)行測量。在兩次測量結果中，阻值較小那一次，黑表筆接的是穩壓二極管的正極，紅表筆接的是穩壓二極管的負極。這里指的是指針式萬(wàn)用表。

 

 

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

 

由于小功率穩壓二極管體積小，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(lái)表示它的標稱(chēng)穩定電壓值。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(lái)表示數值1、2、3、4、5、6、7、8、9、0。

 

有的穩壓二極管上僅有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(chēng)穩定電壓為兩位數，即“×× V”（幾十幾伏）。第1環(huán)表示電壓十位上的數值，第2環(huán)表示個(gè)位上的數值。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(chēng)穩定電壓為一位整數且帶有一位小數，即“×。× V”（幾點(diǎn)幾伏）。第1環(huán)表示電壓個(gè)位上的數值。第2、3兩道色環(huán)（顏色相同）共同表示十分位（小數點(diǎn)后第一位）的數值。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(chēng)穩定電壓為兩位整數并帶有一位小數，即“××。× V”（幾十幾點(diǎn)幾伏）。第1環(huán)表示電壓十位上的數值。第2環(huán)表示個(gè)位上的數值。第3環(huán)表示十分位（小數點(diǎn)后第一位）的數值。不過(guò)這種情況較少見(jiàn)，如：棕、黑、黃（10.4V）和棕、黑、灰（10.8V）常用穩壓二極管的型號對照表（注：后面的二極管型號是以1開(kāi)頭的，如1N4728，1N4729等）

 

 

首先利用萬(wàn)用表R×1K擋，按把被測管的正、負電極判斷出來(lái)。然后將萬(wàn)用表?yè)苤罵×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(shí)測得的反向電阻值比用R×1K擋測量的反向電阻小很多，說(shuō)明被測管為穩壓管；反之，如果測得的反向電阻值仍很大，說(shuō)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(wàn)用表R×1K擋內部使用的電池電壓為1.5V，一般不會(huì )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(shí)，萬(wàn)用表內部電池的電壓一般都在9V以上，當被測管為穩壓管，切穩壓值低于電池電壓值時(shí)，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(shí)，則無(wú)論用R×1K擋測量還是用R×10K擋測量，所得阻值將不會(huì )相差很懸殊。注意，當被測穩壓二極管的穩壓值高于萬(wàn)用表R×10K擋的電壓值時(shí)，用這種方法是無(wú)法進(jìn)行區分鑒別的。

 

如何用三端穩壓器代替穩壓二極管

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

 

相同之處都是起到穩定電壓的作用，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定某一點(diǎn)的工作電壓；后者主要用在為整個(gè)或部分電路提供穩定或可調的供電電源。

 

四·前者的穩壓值是固定的；后者的穩壓值是可調的。

 

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(shí)是在擊穿情況下才起作用的；后者擊穿的話(huà)可就麻煩了。

 

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