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[技术文章] 稳压二极管原理,参数和动态电阻特性

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    稳压二极管,
    英文名字Zener diode,又叫齐纳二极管,利用PN结反向击穿状态,其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象,制成的起稳压作用的二极管。

    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。
    在这临界击穿点上,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,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。
    下面是稳压管常见的电路图。
    稳压效果和限流电阻R有关系,在之前的文章中,有提到这一点:

                                   
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    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高的稳定电压,两个5V稳压管串联起来,就能起到10V稳压的效果。
    下面的动图很好的说明了稳压二极管的工作原理。

                                   
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    而下面看一看稳压的参数,了解参数后,才能更好的进行选型。


    ▉ 稳压二极管——参数解读

    下图是稳压管的伏安特性曲线,你可以叫他U-I曲线,反应电压和电流之间的关系。

    Y轴右侧是
    正向曲线,左侧是反向曲线,稳压管的工作区域一般就是在左侧,因为稳压管工作原理就是PN结反向击穿,正接时和一般二极管一样,也有正向导通电压。

                                   
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    稳压二极管的伏安特性曲线


    下图是某一稳压管的SPEC截图,可以一起来看一看这些参数。


                                   
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    某一5.1V稳压管参数


    Vz
    :稳压值,高于Vz,电压稳定在Vz,低于Vz,稳压管不工作,电路处于开路状态,这个参数也是最重要的。
    Zzt和Zzk
    :动态电阻,单位电流变化引起的电压的变化dv/dt。
    这个值越小,代表稳压管性能越好,意思就是电流变化很大时,电压变化也很小(代表稳压值恒定不变,要的就是这个效果)。
    同一个稳压管时,这个动态电阻也是随着电流变化而变化的,电流变化大时,动态电阻小;电流变化小时,动态电阻大。
    Zzt@Izt,Izt在5mA时,测试的Zzt最大50欧姆。Zzk@Izk,Izk在0.5mA时,测试的Zzk最大500欧姆。
    Ir@Vr
    :反向漏电流,指在特定的反向电压下测试得到的电流,从SPEC上看,Vr=4.2V时,Ir=5uA,这个电流很重要,稳压管没进稳压状态也就是没工作时消耗的电流,Ir越小越好。
    Vf@If
    :正向电压,指在特定的正向电流下测试得到的正向电压,一般正向电流不同,测试得到的正向电压也不同,If=100mA时,Vf=1.25V。
    Pd
    :耗散功率,流进稳压管的功率不能超过这个值,否则会损坏稳压管,公式Pd=I*Vz。
    下面再来看一下二极管的动态电阻特性。


    ▉ 稳压二极管——动态电阻
    二极管的正向导通电阻在小电流时比较大,在大电流时比较小。

                                   
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    二极
    管的反向动态电阻在击穿前很大,在击穿后动态电阻很小,稳压二极管就是利用击穿时动态电阻很小进行稳压的。

                                   
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    二极管的正向导通电阻小,反向导通电阻大,意味着正向导通性能好,反向漏电流小,这种二极管是比较好的。
    如果动态电阻大,则dv变化很大时,di才有很小的变化,起到恒流的作用,利用这一特性,有恒流二极管和恒流三极管。

    恒流二极管英
    文CRD(Current Regulative Diode),可以再看看CRD的伏安特性曲线。
    在下图中可以看到:在电流为Ip对应的横坐标电压以后,电流都是恒定不变的,因为动态电阻大,在一定变化范围内,电压都是几乎不变的,直到二极管被击穿。

                                   
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    恒流二极管的伏安特性曲线
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