(voltage regulation diode),是一种特殊用途二极管,它可以长时间工作于击穿电压之下而不损坏,是一种非常重要的特殊二极管,所以这里单独拉出来作为一个小节讲。
由于齐纳击穿效应的发现早于雪崩效应,所以“齐纳二极管”的名称更常用。虽然后来证明大多数情况下发生的击穿是雪崩击穿,但人们已经叫习惯了,也就不再改名字了,“雪崩二极管”这个名词只会在一些特殊情况下偶尔用到。其电路符号如下图所示:
在前面1-5小节介绍反向击穿的时候,已经讲过二极管反向击穿的原理,当反向击穿时,电流会急剧变化,而电压几乎保持不变。如下图所示:(齐纳二极管电路符号前的那根三折线
一般齐纳二极管的反向击穿电压从1.8V~200V不等,额定功率从1/4W~50W不等。半导体制造厂商通过精细地调整掺杂浓度来得到不同的反向击穿电压。
齐纳二极管最常用的用途是作为一个电压参考源,给电路提供稳定的参考电压,其唯一的缺点是受温度影响较大。前面说过,当击穿电压大于6V时的击穿机制为雪崩击穿,温度系数是正值(击穿电压随温度升高而增大);当击穿电压小于4V时的击穿机制为齐纳击穿,温度系数是负值(击穿电压随温度升高而降低)。当击穿电压在4~6V之间时,两种击穿机制都会起作用,温度对这两种击穿机制的影响会相互抵消,使得有些齐纳二极管具有“零温度系数”。因此,5V左右的齐纳二极管有时会具有比较好的温度稳定性。我猜这可能也是最初的TTL电平选择5V作为电源工作电压的原因。
\small I_{ZT}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\small Z_{ZK}
Figure 1. 最大耗散功率-温度曲线. 表示了温度对最大耗散功率的影响,图中可见:最大耗散功率随温度的升高而下降。并且图中给出了3条不同的曲线,分别表示不同的引脚长度L(单位为英寸),当引脚与热沉(散热器)的距离越长,则散热效果就越差,最大耗散功率就越小。
Figure 2~3. 温度系数-温度曲线. 表示齐纳电压与温度系数的关系,左图为3~10V范围的齐纳电压,右图为20~220V的齐纳电压。在左图可以看到当齐纳电压在大约5V左右时,可以具有0温度系数;当电压高于5V时,为正温度系数(击穿电压随温度升高而升高);当电压低于5V时,为负温度系数(击穿电压随温度升高而降低)。图中的2条曲线分别表示了最好情况与最差情况,RANGE范围之间的情况都是可能的。
Figure 4. 热阻-功耗持续时间曲线. 表示当齐纳二极管持工作在最大功耗时,其(pn结-引脚)热阻会随着通电时间增加而增大。其中不同的D表示不同的脉宽比时的曲线。由于热阻下降,会导致结的温度升高,导致齐纳二极管的最大可承受耗散功率的下降。
Figure 6. 浪涌电流-齐纳电压曲线. 显示了最大可承受浪涌电流和齐纳电压\small V_Z
的关系:齐纳电压越大,则齐纳二极管可承受的最大浪涌电流就越小,注意图中横坐标和纵坐标都为对数坐标。几条不同的曲线分别表示浪涌持续的时间,时间越短则可承受浪涌电流就越大。
Figure 7. 浪涌电流-脉宽曲线. 显示了最大可承受浪涌电流和浪涌持续时间的关系,跟上图 Figure 6. 是互相印证关系。图中2条曲线分别表示齐纳电压最小和最大时的情况。
之间的关系,3个图分别表示不同齐纳电压的范围,左图为3.3~10V,中图为11~75V,右图为82~200V。可以看到,在大多数情况下,当齐纳电流在较大范围内变动时,齐纳电压可以基本保持不变。左图中当齐纳电压小于5V时,此时齐纳电流会对齐纳电压的影响较大,而且部分曲线之间有多值。所以当齐纳电压小于5V时,具体应用哪根曲线并不确定,要具体问题具体分析。
,负载的额定工作电压要求为5V,电源提供的电压波动范围为8~12V,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\small R
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