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穩壓（齊納）二極管

2022-11-24 866

齊納二極管又稱穩壓二極管（Zener diode），是指利用PN結反向擊穿狀態，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。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值，在這個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起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯就可獲得更高的穩定電壓。

原理

穩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，從而實現了二極管的穩壓功能。

穩壓二極管應用

典型的串聯型穩壓電路

在此電路中，三極管T的基極被穩壓二極管D穩定在13V，那么其發射極就輸出恒定的13-0.7=12.3V電壓了，在一定范圍內，無論輸入電壓升高還是降低，無論負載電阻大小變化，輸出電壓都保持不變。這個電路在很多場合下都有應用。7805就是一種串聯型集成穩壓電路，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用。

電視機里的過壓保護電路

115V是電視機主供電電壓，當電源輸出電壓過高時，D導通，三極管T導通，其集電極電位將由原來的高電平（5V）變為低電平，通過待機控制線的電壓使電視機進入待機保護狀態。

電弧抑制電路

在電感線圈上并聯接入一只合適的穩壓二極管（也可接入一只普通二極管原理一樣）的話，當線圈在導通狀態切斷時，由于其電磁能釋放所產生的高壓就被二極管所吸收，所以當開關斷開時，開關的電弧也就被消除了。這個應用電路在工業上用得比較多，如一些較大功率的電磁吸控制電路就用到它。

穩壓二極管主要參數

1.Uz— 穩定電壓

指穩壓管通過額定電流時兩端產生的穩定電壓值。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。

2.Iz— 反向漏電電流

指穩壓管產生穩定電壓時通過該管的電流值。低于此值時，穩壓管雖然也能穩壓，但穩壓效果會變差;高于此值時，只要不超過額定功率損耗，也是允許的，而且穩壓性能會好一些，但要多消耗電能。

3.Rz— 動態電阻

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，動態電阻則愈小。例如，2CW7C穩壓管的工作電流為5mA時，Rz為18Ω;工作電流為10mA時，Rz為8Ω;工作電流為20mA時，Rz為2Ω ;工作電流 > 20mA則基本維持此數值。

4.Pz— 額定功耗

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60mW。

5. α— 溫度系數

如果穩壓管的溫度變化，它的穩定電壓也會發生微小變化，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：%/℃）。一般說來穩壓值低于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，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出來產生齊納擊穿，因此它的溫度系數是負的。雪崩擊穿發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合，可以用兩個溫度系數相反的穩壓管串聯起來作為補償。由于相互補償，溫度系數大大減小，可使溫度系數達到0.0005%/℃。

6.IR— 反向漏電流

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

特點