齐纳二极管是一种特殊类型的整流二极管可以处理故障由于反向击穿电压没有完全失败。在这里,我们将讨论使用二极管的概念来调节电压降和齐纳二极管处于反向偏压模式如何调节电压的电路。
如果我们连接二极管和电阻串联与直流电压源,因此二极管正向偏压,二极管将保持相当恒定的电压降在一个广泛的电源电压如下图(a)。
当前通过正向偏压PN结是成正比的e提出了正向电压降的力量。因为这是一个指数函数、电流快速上升的电压降的小幅增加。
的另一种方式考虑这是说电压下降在正向偏压二极管变化对大型二极管电流的变化。在电路如下图()所示,二极管电流的供电电压的限制,该系列电阻,二极管的电压降,我们知道从0.7伏特变化不多。
正向偏压Si参考:(一)单二极管,0.7 v, (b) 10个二极管串联7.0 v。
如果电源电压增加,电阻的电压降会增加几乎相同,和二极管的电压会下降一点。相反,降低电源电压将导致一个几乎等于电阻压降降低,与二极管压降下降一点。
总之,我们可以总结说,这种行为二极管调节大约在0.7伏特的电压降。
利用稳压二极管是一个有用的属性。假设我们正在修建一些电路在电源电压不能容忍差异,但需要由一个化学电池,电压的变化对其一生。我们可以形成一个电路如上所示,连接电路需要稳定的电压,二极管,它将获得一个不变的0.7伏特。
这肯定会工作,但任何类型的最实用的电路需要0.7伏特的电源电压超过正常功能。一个方法我们可以增加我们的电压调节点是连接多个二极管串联,这样个人正向电压下降0.7伏特每将创建一个更大的。
例如,在上面的例子中(图(b)),如果我们有十个二极管系列、稳压0.7十倍,或7伏。
只要电池电压没有产量低于7伏,总会有7伏了整个ten-diode“堆栈”。
如果需要更大的调节电压,我们可以使用更多的二极管系列(一个不雅的选择,在我看来)或尝试从根本上不同的方法。
我们知道,二极管正向电压是一个相当恒定的人物在广泛的条件下,但也是如此反向击穿电压。击穿电压通常是得大于正向电压。
如果我们在single-diode反向二极管的极性调节电路,增加了供电电压,二极管“破裂”(也就是说,它可以不再承受电压反向偏压的印象在),二极管将同样调节电压击穿点,不让它进一步增加。如图(一)所示。
(一)Si小信号二极管反向偏置的分解约为100 v。(b)齐纳二极管的象征。
不幸的是,当普通整流二极管“分解”,他们通常狼狈地这样做。然而,可以构建一种特殊类型的二极管可以处理故障没有完全失败。这种类型的二极管叫齐纳二极管,它的符号是上面的图(b)所示。
正向偏压时,稳压二极管的行为一样标准的整流二极管:他们有正向电压降,遵循“二极管方程”,大约是0.7伏特。在反向偏压模式中,他们不进行,直到电压达到或超过所谓的应用齐纳电压,此时二极管能够进行大量的电流,这样会限制电压下降在齐纳电压点。
只要功率耗散的反向电流不超过二极管的热极限、二极管不会受到伤害。出于这个原因,稳压二极管有时也被称为“击穿二极管”。
稳压二极管制造齐纳电压范围几伏到数百伏。齐纳电压略与温度变化,像常见carbon-composition电阻的值,可能是5%到10%,从制造商的规格错误。然而,这种稳定和精度通常是足够的齐纳二极管用作电压调节器装置在下图中常见的电源电路。
齐纳二极管调节器电路,齐纳电压= 12.6 v)。
齐纳二极管操作请注意齐纳二极管的方向在上面的电路:二极管反向偏置,故意如此。如果我们的二极管在“正常”的方式,以正向偏压,这只会下降0.7伏,就像一个普通整流二极管。如果我们想利用这个二极管的反向击穿特性,我们必须在其反向偏压操作模式。只要电源电压仍然高于齐纳电压12.6伏,在这个例子中,齐纳二极管的电压下降将保持在大约12.6伏特。
像任何半导体器件,齐纳二极管对温度很敏感。过度的温度会摧毁一个齐纳二极管,因为这两个电压,进行电流下降,它自己生产热量根据焦耳定律(P = IE)。因此,一个人必须小心设计调节器电路,这样不会超过二极管的额定功耗。有趣的是,当稳压二极管失败由于过度的功耗,他们通常会失败做空而不是开放的。二极管没有以这种方式很容易发现:几乎为零电压下降当偏见无论哪种方式,像一条线。
让我们研究一个齐纳二极管调节电路数学,确定所有的电压,电流,功率量值。采取相同的电路形式显示之前,我们将执行计算假设齐纳电压为12.6伏,45伏特的电源电压、串联电阻器值为1000Ω(我们将把齐纳电压完全12.6伏特,以避免资格所有数据作为“近似”下面的图(a)
如果齐纳二极管的电压为12.6伏特和电源的电压是45伏特,32.4伏特将下降在电阻器(45伏特- 12.6伏特= 32.4伏)。32.4伏特下降在1000Ω给32.4 mA电流的电路。下面(b)(图)
(一)齐纳电压调节器1000Ω电阻。(b)计算电压和电流下降。
功率的计算方法是用电流,电压乘以(P = IE),所以我们可以计算电阻和功率量值齐纳二极管很容易:
一个齐纳二极管的额定功率0.5瓦特是足够的,就像一个电阻额定1.5或2瓦的耗散。
如果过度的功耗是有害的,那么为什么不设计的电路损耗最少的可能吗?为什么不直接大小电阻的电阻非常高的价值,从而严重限制电流和保持低功耗数字非常?把这个电路,例如,100 kΩ电阻代替1 kΩ电阻器。注意电源电压和二极管在下图的齐纳电压是相同的最后一个例子:
稳压调节器100 kΩ电阻器。
只有1/100的当前我们之前(324µA代替32.4 mA),同时功耗数据应该小100倍:
似乎是理想,不是吗?低功耗意味着更低的操作温度为二极管和电阻,也不浪费能源系统中,对吧?一个更高的电阻值做减少电路功耗水平,但不幸的是引入了另一个问题。记住,调节电路的目的是提供一个稳定的电压另一个电路。换句话说,我们最终将权力与12.6伏特的东西,这东西会有当前自己的画。
考虑我们的第一个调节电路,这次500Ω负载连接与下图的齐纳二极管。
稳压调节器与1000Ω电阻系列和500Ω负载。
如果12.6伏特是保持在500Ω负载,负载将25.2 mA电流。为了1 kΩ系列“下降”电阻下降32.4伏特(减少电源的整个齐纳45伏特的电压降至12.6),它仍然必须进行32.4 mA电流。这使得7.2 mA电流通过齐纳二极管。
电阻考虑更高的价值下降
现在考虑我们“节电”调节电路与100年kΩ电阻下降,传递功率相同的500Ω负载。它是什么应该做的是保持整个负载12.6伏特,就像最后一个电路。然而,正如我们将看到的,它不能完成这项任务。(下图)
齐纳non-regulator KΩ100系列和500Ω电阻负载。>
与降压电阻器的更大价值,只会有大约224 mV的电压500Ω负载,远低于12.6伏特的期望值!这是为什么呢?如果我们有12.6伏特在负载,将画25.2 mA电流,。本系列负载电流会通过电阻下降之前,但用一个新的(更大的)电阻下降,电阻的电压降在25.2 mA电流通过它将2520伏!因为我们显然没有那么多电压由电池提供,这不会发生。
高电阻下降分析没有齐纳二极管
情况更容易理解,如果我们暂时删除的齐纳二极管电路和分析这两个电阻的行为如下图。
与齐纳Non-regulator移除。
100年kΩ降压电阻器和500Ω负载电阻相互串联,100.5 kΩ总电路电阻。45伏特的总电压和总阻力的100.5 kΩ,欧姆定律(I = E / R)告诉我们,当前将447.76µA。计算电压降穿过两个电阻(E =红外),我们到达44.776伏和224 mV,分别。
如果我们重新安装的齐纳二极管在这一点上,它会“看到”224 mV,与负载电阻。这是远低于齐纳二极管的击穿电压,所以它不会“分解”,进行电流。对于这个问题,在这个低电压,二极管不进行即使正向偏压!因此,二极管停止调节电压。至少12.6伏特必须被丢弃在“激活”。
移除一个齐纳二极管的分析技术从一个电路,看是否存在足够的电压使其行为是一个声音。仅仅因为一个齐纳二极管是连接在一个电路并不能保证整个齐纳电压总是会掉在它!记住,稳压二极管工作限制一些最大电压水平;他们不能组成因为缺乏电压。
总之,任何齐纳二极管调节电路将函数只要负载的电阻等于或大于最小值。如果负载电阻太低,它将吸引太多的电流,电压下降过多整个系列电阻下降,留下足够的电压稳压二极管的行为。齐纳二极管停止进行电流时,它不再能调节电压,负载电压会低于监管点。
我们调节电路与100年kΩ降压电阻器必须适合负载电阻的一些价值,。发现这可接受的负载电阻的值,我们可以用一个表来计算阻力在two-resistor串联电路(没有二极管),插入已知值的总电压和电阻电阻下降,预计和计算负载12.6伏特的电压:
45伏特的总电压和负载12.6伏特,我们应该在R 32.4伏特下降:
在电阻下降32.4伏特,价值100 kΩ的阻力,目前到324年它将µA:
作为一个串联电路,目前通过所有组件在任何给定的时间是:
计算负载电阻现在是一个简单的欧姆定律(R = E / I),给我们38.889 kΩ:
因此,如果kΩ负载电阻就是38.889,12.6伏电压,二极管或没有二极管。任何负载电阻小于38.889 kΩ将导致一个负载电压小于12.6伏,二极管或没有二极管。与二极管,负载电压将规范12.6伏特的最大负载电阻更大的比38.889 kΩ。
与1的原始值kΩ电阻下降,我们调节电路甚至能够充分调节电压负载电阻低至500Ω。我们看到的是一个功耗和可接受的负载电阻之间的权衡。高附加值下降电阻给我们减少功耗,提高为代价的可接受的最小负载电阻值。如果我们希望为低价值负载电阻、电压调节电路必须准备处理更高的功耗。
稳压二极管作为互补的负荷调节电压,电流或多或少是必要的,以确保整个加载一个恒定的电压降。这类似于调节制动的汽车的速度,而不是通过改变节流位置:它不仅是浪费,但是刹车必须建立处理所有引擎的力量当驾驶条件不需要它。
尽管基本的设计效率低下,齐纳二极管调节器电路被广泛应用由于其纯粹的简单性。在大功率应用程序效率低下是无法接受的,其他调压技术应用。但即便如此,小Zener-based电路通常被用来提供一个“参考”电压驱动一个更高效的放大器电路控制的主要力量。
在标准电压稳压二极管制造评级列入下表。表“普通稳压二极管电压”列出了常见的电压为0.3 w和1.3 w的部分。瓦数对应于死亡和包的大小和二极管的功率可能会消散,没有伤害。
| 0.5 w | ||||||
| 2.7 v | 3.0 v | 3.3 v | 3.6 v | 3.9 v | 4.3 v | 4.7 v |
| 5.1 v | 5.6 v | 6.2 v | 6.8 v | 7.5 v | 8.2 v | 9.1 v |
| 10 v | 11 v | 12 v | 13 v | 15 v | 16 v | 18 v |
| 20 v | 24 v | 27 v | 30 v | |||
| 1.3 w | ||||||
| 4.7 v | 5.1 v | 5.6 v | 6.2 v | 6.8 v | 7.5 v | 8.2 v |
| 9.1 v | 10 v | 11 v | 12 v | 13 v | 15 v | 16 v |
| 18 v | 20 v | 22 v | 24 v | 27 v | 30 v | 33 v |
| 36 v | 39 v | 43 v | 47 v | 51 v | 56 v | 62 v |
| 68 v | 75 v | 100 v | 200 v |
齐纳二极管限幅器:削波电路,视频波形的峰值大约齐纳电压的二极管。图下面的电路有两个齐纳连接系列反对对称剪辑齐纳电压波形接近。电阻限制电流的齐纳安全价值。
|
* 03445(香料)。eps D1 4 0 diode D2 4 2 diode R1 2 1 1.0k V1 1 0 SIN(0 20 1k) .model diode d bv=10 .tran 0.001m 2m .end |
齐纳二极管限幅器:
齐纳击穿电压的二极管由二极管模型参数设定为10 V“bv = 10”香料净在上图。这导致齐纳夹在大约10 V。背靠背的二极管剪辑两个峰值。对于一个正著,齐纳是反向偏置,打破在10 V的齐纳电压。较低的齐纳下降约0.7 V因为它是正向偏压。因此,一个更精确的剪裁水平是10 + 0.7 = 10.7 v。类似的负著剪切发生-10.7 V(下图)显示了剪切水平略高于±10 V。
齐纳二极管限幅器:v(1)输入是夹在波形(2)。
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