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如何用三端稳压器代替稳压二极管?

发布时间:2018-10-10 责任编辑:lina

【导读】本文主要是关于三端稳压器和稳压二极管的相关介绍,并着重对稳压二极管三端稳压器和进行了详尽的阐述。
 
本文主要是关于三端稳压器和稳压二极管的相关介绍,并着重对稳压二极管三端稳压器和进行了详尽的阐述。
 
三端稳压器
 
三端稳压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。稳压管在反向击穿时,在一定的电流范围内(或者说在一定功率损耗范围内),端电压几乎不变,表现出稳压特性,因而广泛应用于稳压电源与限幅电路之中。
 
 
原理
 
因为固定三端稳压器属于串联型稳压电路,因此它的原理等同于串联型稳压电路。
 
其中R1、Rp、R2组成的分压器是取样电路,从输出端取出部分电压UB2作为取样电压加至三极管T2的基极。稳压管Dz以其稳定电压Uz作为基准电压,加在T2的发射极上。R3是稳压管的限流电阻。三极管T2组成比较放大电路,它将取样电压UB2与基准电压Uz加以比较和放大,再去控制三极管T1的基极电位。输入电压Ui加在三极管T1与负载RL相串联的电路上,因此,改变T1集电极间的电压降UCE1便可调节RL两端的电压Uo。也就是说,稳压电路的输出电压Uo可以通过三极管T1加以调节,所以T1称为调整管。由于调整元件是晶体管管,而且在电路中与负载相串联,故称为晶体管串联型稳压电路。电阻R4和T1的基极偏置电阻,也是T2的集电极负载电阻。
 
当电网电压降低或负载电阻减小而使输出端电压有所下降时,其取样电压UB2相应减小,T2基极电位下降。但因T2发射极电位既稳压管的稳定Uz保持不变,所以发射极电压UBE2减小,导致T2集电极电流减小而集电极电位Uc2升高。由于放大管T2的集电极与调整管T1的基极接在一起,故T1基极电位升高,导致集电极电流增大而管压降UCE1减小。因为T1与RL串联,所以,输出电压Uo基本不变。
 
同理,当电网电压或负载发生变化引起输出电压Uo增大时,通过取样、比较放大、调整等过程,将使调整调整管的管压降UCE1增加,结果抑制了输出端电压的增大,输出电压仍基本保持不变。
 
调节电位器Rp,可对输出电压进行微调。调整管T1与负载电阻RL组成的是射极输出电路,所以具有稳定输出电压的特点。
 
在串联型稳压电源电路的工作过程中,要求调整管始终处在放大状态。通过调整管的电流等于负载电流,因此必须选用适当的大功率管作调整管,并按规定安装散热装置。为了防止短路或长期过载烧坏调整管,在直流稳压器中一般还设有短路保护和过载保护等电路。
 
稳压二极管

稳压二极管,英文名称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。 [1] 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。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。
 
如何用三端稳压器代替稳压二极管?
 

原理
 
稳压二极管的伏安特性曲线的正向特性和普通二极管差不多,反向特性是在反向电压低于反向击穿电压时,反向电阻很大,反向漏电流极小。但是,当反向电压临近反向电压的临界值时,反向电流骤然增大,称为击穿,在这一临界击穿点上,反向电阻骤然降至很小值。尽管电流在很大的范围内变化,而二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电压附近,从而实现了二极管的稳压功能。 [1]
 
主要参数

1.Uz— 稳定电压
 
指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。该值随工作电流和温度的不同而略有改变。由于制造工艺的差别,同一型号稳压管的稳压值也不完全一致。例如,2CW51型稳压管的Vzmin为3.0V, Vzmax则为3.6V。
 
2.Iz— 额定电流
 
指稳压管产生稳定电压时通过该管的电流值。低于此值时,稳压管虽并非不能稳压,但稳压效果会变差;高于此值时,只要不超过额定功率损耗,也是允许的,而且稳压性能会好一些,但要多消耗电能。
 
3.Rz— 动态电阻
 
指稳压管两端电压变化与电流变化的比值。该比值随工作电流的不同而改变,一般是工作电流愈大,动态电阻则愈小。例如,2CW7C稳压管的工作电流为 5mA时,Rz为18Ω;工作电流为1OmA时,Rz为8Ω;为20mA时,Rz为2Ω ; 》 20mA则基本维持此数值。
 
4.Pz— 额定功耗
 
由芯片允许温升决定,其数值为稳定电压Vz和允许最大电流Izm的乘积。例如2CW51稳压管的Vz为3V,Izm为20mA,则该管的Pz为60mWo
 
5. α---温度系数
 
如果稳压管的温度变化,它的稳定电压也会发生微小变化,温度变化1℃所引起管子两端电压的相对变化量即是温度系数(单位:﹪/℃)。一般说来稳压值低于6V属于齐纳击穿,温度系数是负的;高于6V的属雪崩击穿,温度系数是正的。温度升高时,耗尽层减小,耗尽层中,原子的价电子上升到较高的能量,较小的电场强度就可以把价电子从原子中激发出来产生齐纳击穿,因此它的温度系数是负的。雪崩击穿发生在耗尽层较宽电场强度较低时,温度增加使晶格原子振动幅度加大,阻碍了载流子的运动。这种情况下,只有增加反向电压,才能发生雪崩击穿,因此雪崩击穿的电压温度系数是正的。这就是为什么稳压值为15V的稳压管其稳压值随温度逐渐增大的,而稳压值为5V的稳压管其稳压值随温度逐渐减小的原因。例如2CW58稳压管的温度系数是+0.07%/°C,即温度每升高1°C,其稳压值将升高0.07%。
 
对电源要求比较高的场合,可以用两个温度系数相反的稳压管串联起来作为补偿。由于相互补偿,温度系数大大减小,可使温度系数达到0.0005%/℃。
 
6.IR— 反向漏电流
 
指稳压二极管在规定的反向电压下产生的漏电流。例如2CW58稳压管的VR=1V时,IR=O.1uA;在VR=6V时,IR=10uA。
 
故障特点
 
稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。在这3种故障中,前一种故障表现出电源电压升高;后2种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定。
 
识别判断

正负极识别
 
从外形上看,金属封装稳压二极管管体的正极一端为平面形,负极一端为半圆面形。塑封稳压二极管管体上印有彩色标记的一端为负极,另一端为正极。对标志不清楚的稳压二极管,也可以用万用表判别其极性,测量的方法与普通二极管相同,即用万用表R×1k档,将两表笔分别接稳压二极管的两个电极,测出一个结果后,再对调两表笔进行测量。在两次测量结果中,阻值较小那一次,黑表笔接的是稳压二极管的正极,红表笔接的是稳压二极管的负极。这里指的是指针式万用表。
 
色环稳压二极管识别
 
色环稳压二极管国内产品很少见,大多数来自国外,尤其以日本产品居多。一般色环稳压二极管都标有型号及参数,详细资料可在元件手册上查到。而色环稳压二极管体积小、功率小、稳压值大多在10V以内,极易击穿损坏。色环稳压二极管的外观与色环电阻十分相似,因而很容易弄错。色环稳压二极管上的色环代表两个含义:一是代表数字,二是代表小数点位数(通常色环稳压二极管都是取一位小数,用棕色表示。也可理解为倍率即:×10(的-1次方),具体颜色对应的数字同色环电阻)
 
由于小功率稳压二极管体积小,在管子上标注型号较困难,所以一些国外产品采用色环来表示它的标称稳定电压值。如同色环电阻一样,环的颜色有棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白、黑,它们分别用来表示数值1、2、3、4、5、6、7、8、9、0。
 
有的稳压二极管上仅有2道色环,而有的却有3道。最靠近负极的为第1环,后面依次为第2环和第3环。
 
仅有2道色环的。标称稳定电压为两位数,即“×× V”(几十几伏)。第1环表示电压十位上的数值,第2环表示个位上的数值。如:第1、2环颜色依次为红、黄,则为24V。
 
有3道色环,且第2、3两道色环颜色相同的。标称稳定电压为一位整数且带有一位小数,即“×。× V”(几点几伏)。第1环表示电压个位上的数值。第2、3两道色环(颜色相同)共同表示十分位(小数点后第一位)的数值。如:第1、2、3环颜色依次为灰、红、红,则为8.2V。
 
有3道色环,且第2、3两道色环颜色不同的。标称稳定电压为两位整数并带有一位小数,即“××。× V”(几十几点几伏)。第1环表示电压十位上的数值。第2环表示个位上的数值。第3环表示十分位(小数点后第一位)的数值。不过这种情况较少见,如:棕、黑、黄(10.4V)和棕、黑、灰(10.8V)常用稳压二极管的型号对照表(注:后面的二极管型号是以1开头的,如1N4728,1N4729等)
 
与普通整流二极管的区分
 
首先利用万用表R×1K挡,按把被测管的正、负电极判断出来。然后将万用表拨至R×10K挡上,黑表笔接被测管的负极,红表笔接被测管的正极,若此时测得的反向电阻值比用R×1K挡测量的反向电阻小很多,说明被测管为稳压管;反之,如果测得的反向电阻值仍很大,说明该管为整流二极管或检波二极管。这种识别方法的道理是,万用表R×1K挡内部使用的电池电压为1.5V,一般不会将被测管反向击穿,使测得的电阻值比较大。而R×10K挡测量时,万用表内部电池的电压一般都在9V以上,当被测管为稳压管,切稳压值低于电池电压值时,即被反向击穿,使测得的电阻值大为减小。但如果被测管是一般整流或检波二极管时,则无论用R×1K挡测量还是用R×10K挡测量,所得阻值将不会相差很悬殊。注意,当被测稳压二极管的稳压值高于万用表R×10K挡的电压值时,用这种方法是无法进行区分鉴别的。
 
如何用三端稳压器代替稳压二极管
三端稳压器性能优于稳压二极管,三端稳压器是集成芯片,内部有放大、补偿、反馈环节,稳压性能优秀。稳压二极管在需要小电流稳压器的情况下可构成并联稳压器,但稳压效果不是很好,只是能用,输出电流稍大就那个限流电阻的价格都超过稳压芯片。
 
相同之处都是起到稳定电压的作用,但不同之处就多了。
 
一·前者是并联在电路上;后者是串联在电路上。
 
二·前者功率较小,一般在1W左右;后者功率较大,一般在几十W。
 
三·前者主要用在电路中稳定某一点的工作电压;后者主要用在为整个或部分电路提供稳定或可调的供电电源。
 
四·前者的稳压值是固定的;后者的稳压值是可调的。
 
五·前者多应用在控制电路;后者都是应用在供电电路。
 
六·前者工作时是在击穿情况下才起作用的;后者击穿的话可就麻烦了。
 
结语
关于三端稳压器和稳压二极管的相关介绍就到这了,如有不足之处欢迎指正。
 
 
 
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