穩壓二極管的基本結構同普通二極管一樣,是一個PN結,但是由于制造工藝不同,當這種PN結處于反向擊穿狀態時,PN結不會損壞,穩壓二極管用于穩定電壓就是應用它的這一擊穿特性。
加在穩壓二極管的反向電壓增加到一定數值時,形成大的反向電流,此時電壓基本不變,稱為隧道擊穿,這個近似不變的電壓稱為齊納電壓,對硅穩壓二極管而言,穩定電壓在5V以下的器件靠齊納電壓工作。
當反向電壓比較高時,受強電場作用形成大的反向電流,而電壓基本不變,稱為雪崩擊穿,這一基本不變的電壓稱為雪崩電壓。對硅穩壓二極管而言,穩定電壓在7V以上的器件靠雪崩電壓工作。
1.穩壓二極管U-I特性曲線解說
穩壓二極管U—I特性曲線,它可以說明穩壓二極管的穩壓原理。從圖7-34中可以看出,這一特性曲線與普通二極管的U-I特性曲線基本一樣。X軸方向表示穩壓二極管上的電壓大小,Y軸方向表示流過穩壓二極管的電流大小。
從第一象限的曲線可以看出,它同普通二極管的正向特性曲線一樣,此時相當于給穩壓二極管PN結加正向偏置電壓,穩壓二極管在進行穩壓作用時不用這種偏置方式,這一點與普通二極管明顯不同。
從第三象限的曲線可以看出下列三點:
(1)在反向電壓較低時,穩壓二極管截止,它不工作在這一區域。
(2)反向電壓增大到UZ時,曲線限陡,說明流過穩壓二極管的電流在變化時,穩壓二極管兩端的電壓基本不變,電壓是穩定的,穩壓二極管正是工作在這一狀態下。換方之,當穩壓二極管工作在穩壓狀態時,穩定電壓有很微小的變化,可以引起穩壓二極管很大的反向電流變化。
(3)UZ是穩壓二極管的穩定電壓值,稱為穩壓值。不同的穩壓二極管,這一穩定電壓的大小不同。
穩壓二極管的PN結處于反向穿狀態時,只要流過這一PN結的工作電流不大于最大穩定電流,穩壓二極管就不會損壞。如果反向電流再增大,則穩壓二極管也會損壞。
綜上所述,利用穩壓二極管構成穩壓電路時,必須給穩壓二極管的PN結加上反向偏置電壓。
2.溫度補償型穩壓二極管工作原理
如圖7-35所示是溫度補償型穩壓二極管內部結構示意圖。一些要求電壓溫度特性較高的 場合,采用多種措施宋進行溫度補償。溫度補償型穩壓二極管在工作時,1腳和2腳不分,內部的兩只穩壓二極管的性能相同,兩只二極管一只工作在正向,另一只工作在反向,這樣兩個PN結一個正向偏置,另一個反向偏置。
PN結在正向和反向偏置狀態下的壓降受溫度影響結果相反,當正向偏置的PN結隨溫度升高而壓降增大時,反向偏置的PN結壓降則下降,這樣一個壓降增大,另一個減小,相互抵消,使兩個PN結壓降之和基本不變,達到溫度補償的目的。
3.穩壓二極管電流方向
如圖7-36所示是穩壓二極管和普通二極管電流方向比較示意圖,這是兩種二極管正常工作時的電流方法示意圖。從圖中可以看出,穩壓二極管的電流是從負極流向正極,而普通二極管是從正極流向負極。
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