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  • 齐纳二极管

    千次阅读 2020-02-29 16:23:35
    齐纳二极管 齐纳二极管(Zener diode)又叫稳压二极管,也是一种特殊用途二极管,但由于齐纳二极管的是如此之重要,内容又比较多,所以这里单独拉出来作为一个小节讲。其电路符号如下图所示: 图 1-8.01 特性...

    齐纳二极管(Zener diode)又叫稳压二极管,也是一种特殊用途二极管,但由于齐纳二极管的是如此之重要,内容又比较多,所以这里单独拉出来作为一个小节讲。其电路符号如下图所示:

    在这里插入图片描述

    图 1-8.01

    1. 特性简介
      在前面1-2节介绍反向击穿的时候,已经讲过齐纳击穿的原理,当二极管反向齐纳击穿时,电流会急剧变化,而电压几乎保持不变。如下图所示:
      在这里插入图片描述
      图 1-8.02
      齐纳二极管可以工作在反向齐纳击穿区域而不造成永久损坏,半导体制造厂商通过精细地控制掺杂浓度来设置反向击穿电压。一般齐纳二极管的反向击穿电压从1.8V200V不等,额定功率从1/4W50W不等。

      虽然齐纳二极管又被称为“稳压二极管”,但是齐纳二极管的反向击穿伏安曲线并不是理想的垂直线,而是有一个轻微的倾斜,所以,它既没有集成稳压器(如7805)那么平稳的波动抑制能力,也不能在大负载电流变化时使用。齐纳二极管只能在小电流应用且对精度要求不高的情况下,作为一种低成本的稳压手段使用。其典型稳压应用电路如下图所示:

    在这里插入图片描述
    图 1-8.03
    当输入电压正常时,齐纳二极管VZ 截止,不影响系统正常供电。当输入电压突然过高时,齐纳二极管V Z 导通,此时流过齐纳二极管的电流急剧增加,增加的电流使电阻R承担更多的压降,从而使得系统的电压稳定在齐纳电压值附近。下面的二极管D是用来防止输入电压接反的。上图只是比较简单的用法,当齐纳二极管和晶体管或运放等器件组合使用时,可以构建出比较好的稳压器,这个后面我们以后分析专用电路的时候再讲。
    2. 齐纳性能参数
    齐纳二极管在正偏时,各性能参数基本同普通二极管,但在反偏时,比普通二极管多了很多描述参数。下面我们以摩托罗拉公司(飞思卡尔的前身)生产的的齐纳二极管的datasheet为例,来解读齐纳性能参数。
    (1) 产品特点
    在这里插入图片描述
    图 1-8.04
    上图中我用红色标注了几个重点:
    ● 此规格书涵盖了从1N5333B1N5388B的几十种齐纳二极管的数据参数,稳压范围从3.3V220V不等,所有型号的额定功率都是5W。
    ● 这个系列的所有齐纳二极管可以承受瞬间(8.3毫秒)的浪涌功率,其最大可承受功率达到180W。
    (2) 性能参数
    所有性能参数都在规格书第2~3页的表格中予以列出,这里我们仅以第一行的1N5333B为例进行解读。

    在这里插入图片描述
    图 1-8.05
    为了方便理解,我在每一个参数上都标了一个序号,我们将以这个序号为顺序,逐条解释每个参数的含义。在解读参数时,还需要同时对照下图,才能理解各个参数的含义。
    在这里插入图片描述
    图 1-8.06
    ① 首先是IZM(齐纳最大电流),这是齐纳二级管能承受的最大反偏电流,当反偏电流大于这个值时,齐纳二极管可能会永久损坏。
    ② IZT(齐纳测试电流),T(test)的意思是测试,一般制造厂商会选取IZM的约1/4处作为测试电流。
    ③ VZ(齐纳电压),这个就是最重要的指标:齐纳电压(Zener voltage)。从曲线上来看,齐纳击穿区域是有一个范围的,但制造商为方便起见,一般会将齐纳电压VZ定义为在测试电流IZT时的电压。根据后面的Note 1的说明,这个值一般会有5%的误差。
    ④ IZK(齐纳拐点电流),K(knee)的意思是拐点,一般认为,从K点开始进入齐纳击穿区域,其实在到达K点时,反偏电流已经比较大了,只不过在K点后电流开始急剧增大。(数据规格书中将IZK定为1mA)。
    ⑤ & ⑥ VR与IR(反偏安全电压、反偏漏电流),当反偏电压小于VR时,反偏漏电流IR会维持一个很小的值(微安级)。注意IR与IZK在数量级上的差别。
    ⑦ ZZT(在IZT时的动态电阻),规格书中把动态电阻称为齐纳阻抗(Zener impedance)。在T点处的伏安曲线的斜率非常陡峭,所以此动态电阻的值比较小,在表格中我们可以看到仅为3Ω。
    ⑧ ZZK(拐点动态电阻),这是在拐点K处的斜率,比T点处要平缓得多,所以此处动态电阻比较大,表格中为400Ω。
    ⑨ ir(最大浪涌电流),这是齐纳二极管能承受的瞬间浪涌电流,表格中的数值高达20A。
    ⑩ ΔVZ(稳压范围),这个在后面的Note 4解释了,为在IZM的10%处和IZM的50%处测得的2个齐纳电压的差值。
    3. 设计案例
    现在我们来看如何根据上面的参数来选型和设计齐纳二极管电路:
    在这里插入图片描述
    案例1-8-1:已知负载RL=1kΩ,vi正常供电电压为12V,RL的额定工作电压要求为12V,且最低至10V时也能工作,现设计稳压电路如下图所示。问题:(1)应该选择什么型号的齐纳二极管?(2)电阻R的取值应为多大?(3)这个电路可接受的供电电压vi波动范围最大为多少?
    解:(1)对于12V的稳压要求,我们查数据手册,可选型1N5349B的齐纳二极管。其齐纳电流范围为: IZK=1mA,IZM=395mA。
    (2)在vi较小时,齐纳二极管DZ截止(可视为断路),电阻R会对RL产生分压作用,由于vi=12V,且VRL最小要求为10V,则电阻R最大为:
    在这里插入图片描述
    (3)当vi升高时,VRL也会升高,当VRL大于12V时,齐纳二级管DZ会导通,以使VRL稳定在12V左右。前面我们已查手册知,1N5349B可允许的最大电流IZM=395mA,此时电阻R上的电流为DZ与RL中电流的总和:
    在这里插入图片描述
    此时电路的总电压为:
    在这里插入图片描述
    因此,这个电路最大能接受供电电压vi上升到93.4V,而输出电压稳定在12V左右。但因为齐纳阻抗的影响,输出会在12V上下略有波动。
    vi的能接受的最小输入电压为12V,如果再小,由于电阻R的分压作用,负载RL上的电压就会低于10V,而导致系统停止工作。

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  • 本文介绍了齐纳二极管的替代以及等效大功率齐纳二极管
  • IC参考很受电路设计者的欢迎,因为它们不仅精确而且飘移很小。在我今后的一些专栏文章中...当您用齐纳二极管进行参考设计时,由于齐纳二极管相对较简单,因此可用它来演示设计过程,而使用中的问题会让您庆幸有IC参考。
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  • 本文介绍了一种120伏以下齐纳二极管测试仪
  • 普通二极管与齐纳二极管的区别 https://blog.csdn.net/manhuami2007/article/details/87294782 二极管是电路设计的常见器件,但是二极管又有多个种类,比如普通二极管、齐纳二极管、肖特基二极管等等。那么这些...

    普通二极管与齐纳二极管的区别

    https://blog.csdn.net/manhuami2007/article/details/87294782

    二极管是电路设计的常见器件,但是二极管又有多个种类,比如普通二极管、齐纳二极管、肖特基二极管等等。那么这些二极管有什么区别,适用于哪些场合?

    应用特性

    在这里插入图片描述
    普通二极管利用的是二极管单向导通的特性,因此常应用在正向偏置的场合。

    齐纳二极管则是利用二极管的反向击穿区,因此工作在反向偏置时。

    在这里插入图片描述

    应用场合

    普通二极管用在:

    • 整流电路
    • 限幅电路
    • 钳位电路

    齐纳二极管用在:

    • 稳压电路中

    肖特基二极管与普通二极管的区别

    肖特基二极管相对于普通二极管的优点:

    • 开关频率高
    • 正向压降低

    缺点:

    • 反向偏压低
    • 反向漏电流大
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  • P6SMB200A 齐纳二极管

    2012-12-30 14:06:02
    P6SMB200A 齐纳二极管P6SMB200A 齐纳二极管
  • 普通二极管与齐纳二极管的区别

    千次阅读 2019-02-14 20:04:55
    二极管是电路设计的常见器件,但是二极管又有多个种类,比如普通二极管、齐纳二极管、肖特基二极管等等。那么这些二极管有什么区别,适用于哪些场合? 应用特性 普通二极管利用的是二极管单向导通的特性,因此常...

    二极管是电路设计的常见器件,但是二极管又有多个种类,比如普通二极管、齐纳二极管、肖特基二极管等等。那么这些二极管有什么区别,适用于哪些场合?

    应用特性

    在这里插入图片描述
    普通二极管利用的是二极管单向导通的特性,因此常应用在正向偏置的场合。

    齐纳二极管则是利用二极管的反向击穿区,因此工作在反向偏置时。

    在这里插入图片描述

    应用场合

    普通二极管用在:

    • 整流电路
    • 限幅电路
    • 钳位电路

    齐纳二极管用在:

    • 稳压电路中

    肖特基二极管与普通二极管的区别

    肖特基二极管相对于普通二极管的优点:

    • 开关频率高
    • 正向压降低

    缺点:

    • 反向偏压低
    • 反向漏电流大
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  • 当您用齐纳二极管进行参考设计时,由于齐纳二极管相对较简单,因此可用它来演示设计过程,而使用中的问题会让您庆幸有IC参考。电路指标为:VCC=30V±10%、8.445 VREF 9.555、ΔVREF 200 mV、100 kΩ RLOAD 200 kΩ及...
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  • 稳压二极管(ZenerDiod齐纳二极管) 1.原理: 它工作在电压反向击穿状态,当反向电压达到并超过稳定电压时,反向电流突然增大,而二极管两端电压恒定。 2.分类: 从稳压高低分:低压稳压二极管(<40V); 高压稳压二极管(&...

    稳压二极管(ZenerDiod齐纳二极管)

    1.原理:

    它工作在电压反向击穿状态,当反向电压达到并超过稳定电压时,反向电流突然增大,而二极管两端电压恒定。

    2.分类:

    从稳压高低分:低压稳压二极管(<40V);

    高压稳压二极管(>200V);

    从材料分:N型;P型。

    3.主要参数:

    ①稳定电压VZ:在规定的稳压管,反向工作电流IZ下,所对应的反向工作电压;

    ②稳定电流IE;

    ③动态电阻rZ;

    ④最大耗散功率PZM;

    ⑤最大稳定工作电流IZmax和最小稳定工作电流IZmin;

    ⑥温度系数at,温度越高,稳压误差越大。

    4.用途:

    对漏极和源极进行钳位保护。

    硅稳压二极管稳压电路:它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的,由于反向特性陡直,较大的电流变化,只会引起较小的电压变化。

    瞬态抑制二极管简称TVS

    1.特点:

    在规定的反向应用条件下,当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时,其工作阻抗能立即降至很低的导通值,允许大电流通过,并将电压箝制到预定水平,从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏。反映速度快(为pS级),体积小,箝位电压低,可靠性高双向TVS适用于交流电路,单向TVS一般用于直流电路。

    2.分类:

    按极性分为单极性和双极性两种

    3.符号:Symbol

    4.二极管的特性图表:

    5.二极管的抑制瞬态电压的例图和单向保护图形:

    6.TVS的主要参数

    ①VBR:ReverseBreakdownVoltage(反向崩溃电压即击穿电压)

    定义:当TVS流过规定的1mA电流(IR)时,测德TVS两极间的电压VBR是TVS最小的雪崩电压。25℃时,在这个电压之前,TVS是不导通的,当瞬态电压超过VBR,瞬态电压抑制二极管便产生崩溃把瞬态电压抑制在某个水平,提供瞬态电流一个超低电阻通路,让瞬态电流透过瞬态电压抑制二极管被引开,避开被保护元件。

    ②IR:ReverseLeakageCurrent(反向漏电电流)

    当最大反向工作电压施加到TVS上时,TVS管有一个漏电流IR,一般都会有10-100μA的反向漏电电流。当TVS用于高阻抗电路时,这个漏电流是一个重要的参数。

    ③VRWM最大反向工作电压(ReverseStand-offVoltage

    可承受的反向电压)是器件反向工作时,在规定的IR下,器件两端的电压值。此时二极管为不导通之状态,通常VRWM=(0.8~0.9)VBR。使用时,应使VRWM不低于被保护器件或线路的正常工作电压。

    ④VC(max):最大箝位电压(TVSdiodeClampingVoltage:抑制电压)

    在脉冲峰值电流Ipp作用下,器件两端的最大电压值称为最大箝位电压。使用时,应使VC(max)不高于被保护器件的最大允许安全电压。最大箝位电压与击穿电压之比称为箝为系数。即:箝位系数=VC(max)/VBR一般箝位系数为1.3左右。

    ⑤Cj:TVSdiodeJunctionCapacitance(瞬态二极管的电容值)

    TVS的电容由硅片的面积和偏置电压来决定,电容在零偏情况下,随偏置电压的增加,该电容值呈下降趋势。电容的大小会影响TVS器件的响应时间。瞬态电压抑制二极管的电容值越大对电路的干扰越大,形成噪音越大或衰减讯号强度越大,对于数据/讯号频率越高的回路,电容值不大于10pF。

    ⑥IPP:最大的峰值脉冲电流

    在反向工作时,在规定的脉冲条件下,器件允许通过的最大脉冲峰值电流。

    ⑦PPR:反向脉冲峰值功率

    TVS的PPR取决于脉冲峰值电流IPP和最大箝位电压VC,除此以外,还和脉冲波形、脉冲时间及环境温度有关。

    7.瞬态抑制二极管TVS的命名法则:

    8.检测二极管的方法:

    用万用表R×1k挡测量管子的好坏:

    ①对单极型的TVS,按照测量平凡二极体的方法,可测出其正、反向电阻,一般正向电阻为4k5左右,反向电阻为无限大;

    ②对双向极型的TVS,任意调换红、黑表笔测量其两引脚间的电阻值均应为无限大,否则,申明管子机能不良或已经损坏。

    9.TVS在电路应用中的典型例子:

    直流电中选用举例:

    整机直流工作电压12V,最大允许安全电压25V(峰值),浪涌源的阻抗50MΩ,其干扰波形为方波,TP=1MS,最大峰值电流50A。

    交流电路应用举例:

    直流线路采用单向瞬变电压抑制二极管,交流则必须采用双向瞬变电压抑制二极管。交流是电网电压,这里产生的瞬变电压是随机的,有时还遇到雷击(雷电感应产生的瞬变电压)所以很难定量估算出瞬时脉冲功率PPR。但是对最大反向工作电压必须有正确的选取。一般原则是交流电压乘1.4倍来选取TVS管的最大反向工作电压。直流电压则按1.1~1.2倍来选取TVS管的最大反向工作电压VRWM。下图给出了一个微机电源采用TVS作线路保护的原理图

    1.在进线的220VAC处加TVS管抑制220V交流电网中尖峰干扰。

    2.在变压器进线加上干扰滤波器,滤除小尖峰干扰。

    3.在变压输出端VAC=20V处又加上TVS管,再一次抑制干扰。

    4.到了直流10V输出时还加上TVS管抑制干扰。

    展开全文
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空空如也

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