穩壓二極管,亦稱為齊納二極管,是一種由硅材料制成的面接觸型晶體二極管。它是一種在反向電壓達到臨界值之前具有高電阻的半導體器件。穩壓二極管的主要功能是穩定電壓,除此之外,它在電子電路中還有多種廣泛應用,包括用作穩壓電源、電壓基準源、鉗位電路、限流保護以及過壓保護等。
一、穩壓二極管的核心作用
穩壓二極管的作用主要體現在以下三個方面:
作為穩壓器或電壓基準元件 :在各種需要穩定電壓的電路中,穩壓二極管可以提供精確的參考電壓,確保電路的穩定運行。
串聯實現高電壓穩定 :通過將多個穩壓二極管串聯,可以在較高的電壓條件下使用,從而獲得更高的穩定電壓值,滿足不同電路的需求。
保護電路中的電子元器件 :穩壓二極管能夠防止電路中的其他元件因高電流而損壞,起到過壓保護的作用,提高整個電路的可靠性和安全性。
二、穩壓二極管的工作原理
穩壓二極管是一種用于穩定電壓的單 P N 結二極管,其結構與整流二極管相似。當加在穩壓二極管上的反向電壓增加到一定數值時,大量載流子會隧穿 P N 結的位壘,形成較大的反向電流,此時電壓基本保持不變,這種現象稱為隧道擊穿。而在反向電壓較高時,位壘區內會產生大量載流子,在強電場的作用下形成大的反向電流,電壓同樣幾乎不變,這就是雪崩擊穿。因此,當反向電壓接近擊穿電壓時,反向電流會迅速增加,而反向電壓幾乎保持不變,這個相對穩定的電壓稱為齊納電壓(隧道擊穿)或雪崩電壓(雪崩擊穿)。
接線圖如下

接線圖如下

具體來說,當穩壓管采用反向接法時,若反向電壓低于擊穿電壓,反向電流非常小,動態電阻較大。通常工作電流越大,動態電阻越小,穩壓性能越好。而當反向電壓超過擊穿電壓時,流過二極管的電流會急劇增大,但其兩端的電壓卻基本保持不變,正是利用這一特性來實現穩壓功能。
三、穩壓二極管的應用場景
作為過壓保護器件 :穩壓二極管可以在準確的電壓下擊穿,因此可作為限制或保護元件使用。由于可以獲取各種電壓的穩壓二極管,因此這種應用特別適合不同電路的保護需求。例如,在圖中所示電路中,穩壓二極管 D 用作過壓保護器件。一旦電源電壓 V S 超過二極管的穩壓值,D 就會導通,使繼電器 J 吸合,從而將負載 R L 與電源分離,保護負載免受過壓損壞。


構建穩壓電源 :在穩壓電源電路中,穩壓二極管與限流電阻等元件配合,可以為電子設備提供穩定的直流電壓,確保設備的正常運行。
用作電壓基準源 :在需要精確電壓基準的電路中,如測量儀器、數據轉換電路等,穩壓二極管可以提供穩定的基準電壓,提高測量和轉換的準確性。
鉗位電路中的應用 :在鉗位電路中,穩壓二極管可以將信號電壓限制在一定范圍內,防止信號幅度過大而損壞后續電路或影響信號處理的準確性。
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