稳压二极管的原理及应用

稳压二极管的原理及应用

稳压二极管(又叫齐纳二极管)它的电路符号是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少的数值,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.其伏安特性,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多的稳定电压.
稳压管的应用:

1、浪涌保护电路(如图稳压管在准确的电压下击穿,这就使得它可作为限制或保护之元件来使用,因为各种电压的稳压二极管都可以得到,故对于这种应用特别适宜.图中的稳压二极管D是作为过压保护器件.只要电源电压VS超过二极管的稳压值D就导通,使继电器J吸合负载RL就与电源分开.

2、电视机里的过压保护电路(如图3):EC是电视机主供电压,当EC电压过高时,D导通,三极管BG导通,其集电极电位将由原来的高电平(5V)变为低电平,通过待机控制线的控制使电视机进入待机保护状态

3、电弧抑制电路如图4:在电感线圈上并联接入一只合适的稳压二极管(也可接入一只普通二极管原理一样)的话,当线圈在导通状态切断时,由于其电磁能释放所产生的高压就被二极管所吸收,所以当开关断开时,开关的电弧也就被消除了.这个应用电路在工业上用得比较多,一些较大功率的电磁吸控制电路就用到它

4、串联型稳压电路(如图5):在此电路中,串联稳压管BG的基极被稳压二极管D钳定在13V,那么其发射极就输出恒定的12V电压了.这个电路在很多场合下都有应用。

晶体管射随电路
    在很多的电子电路中,为了减少后级电路对前级电路的影响和有些前级电路的输出要求有较强的带负载能力(即要求输出阻抗较低)时,要用到缓冲电路,从而达到增强电路的带负载能力和前后级阻抗匹配,晶体管射随器就是一种达到上述功能的缓冲电路。
   晶体管射随电路实际上是晶体管共发电路,它是晶体三极管三大电路形式之一(共基电路、共集电路、共发电路),它的电路基本形式如图A1所示.　

　 根据图A1的等效电路可知,发射极电流Ie=Ib+Ic又因为Ic=β*Ib(β是晶体管的直流放大系数)所以Ie=Ib+β*Ib=Ib(1+β),又根据电路回路电压定律:Vi=Ib(Rb+Rbe )+Ie*Re=Ib(Rb+Rbe)+Ib(1+β)Re(Rb是晶体管基极电阻,Rbe是基极与发射极之间的电阻,由于Rb和Rbe较少可忽略,那么Vi= Ib(1+β)Re,根据欧姆定律,电路的输入阻抗为Vi/Ib=Ib(1+β)Re/Ib=Re(1+β)。从此式可见电路的输入阻抗是Re的1+β倍，电路的输出阻抗等于Rc与Re的并联总阻抗.经上述分析得出结论：晶体管射随电路具有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗。

晶体管电子滤波器
在很多电子电路中,特别是一些小信号放大电路,其电源往往会加入一级晶体管电子滤波器,其电路结构如图J1,设图的右边是一个与电子滤波效果一样的普通RC滤波电路,则它们有以下关系:图的左边 Uec=Ib*R1+Ueb=Ib*R1
因为Iec=β*Ib (β为晶体管的直流放大系数)
所以有Uec=(Iec/β)*R1
图的右边Uec=Rec*Iec 由于左右图互相等效所以有
Rec*Iec=(Iec/β)*R1得Rec=R1/β
两滤波器的滤波性能一般用R与C的乘积来衡量,所以有:
R1*C1=Rec*C1'=(R1/β)*C1'
C1=C1'/β
由上式可知,电子滤波器所需的电容C1比一般RC滤波器所需电容少β倍.打个比方设晶体管的直流放大系数β=100,如果用一般RC滤波器所需电容容量为1000μF,如采用电子滤波器那么电容只需要10μF就满足要求了.

   现在越来越多的电子电路都在使用场效应管,特别是在音响领域更是如此,场效应管与晶体管不同,它是一种电压控制器件(晶体管是电流控制器件),其特性更象电子管,它具有很高的输入阻抗,较大的功率增益,由于是电压控制器件所以噪声小,其结构简图如图C-a.

场效应管是一种单极型晶体管,它只有一个P-N结,在零偏压的状态下,它是导通的,如果在其栅极(G)和源极(S)之间加上一个反向偏压(称栅极偏压)在反向电场作用下P-N变厚(称耗尽区)沟道变窄,其漏极电流将变小,(如图C1-b),反向偏压达到一定时,耗尽区将完全沟道"夹断",此时,场效应管进入截止状态如图C-c,此时的反向偏压我们称之为夹断电压,用Vpo表示,它与栅极电压Vgs和漏源电压Vds之间可近以表示为Vpo=Vps+|Vgs|,这里|Vgs|是Vgs的绝对值.
   在制造场效应管时,如果在栅极材料加入之前,在沟道上先加上一层很薄的绝缘层的话,则将会大大地减小栅极电流,也大大地增加其输入阻抗,由于这一绝缘层的存在,场效应管可工作在正的偏置状态,我们称这种场效应管为绝缘栅型场效应管,又称MOS场效应管,所以场效应管有两种类型,一种是绝缘栅型场效应管,它可工作在反向偏置,零偏置和正向偏置状态,一种是结型栅型效应管,它只能工作在反向偏置状态.
绝缘栅型场效应管又分为增强型和耗尽型两种,我们称在正常情况下导通的为耗尽型场效应管,在正常情况下断开的称增强型效应管.增强型场效应管特点:当Vgs=0时Id(漏极电流)=0,只有当Vgs增加到某一个值时才开始导通,有漏极电流产生.并称开始出现漏极电流时的栅源电压Vgs为开启电压.
耗尽型场效应管的特点,它可以在正或负的栅源电压(正或负偏压)下工作,而且栅极上基本无栅流(非常高的输入电阻).
   结型栅场效应管应用的电路可以使用绝缘栅型场效应管,但绝缘栅增强型场效管应用的电路不能用结型 栅场效应管代替.  

可控硅二极管
可控硅在自动控制控制，机电领域，工业电气及家电等方面都有广泛的应用。可控硅是一种有源开关元件，平时它保持在非道通状态，直到由一个较少的控制信号对其触发或称“点火”使其道通，一旦被点火就算撤离触发信号它也保持道通状态，要使其截止可在其阳极与阴极间加上反向电压或将流过可控硅二极管的电流减少到某一个值以下。

可控硅二极管可用两个不同极性（P-N-P和N-P-N）晶体管来模拟，如图G1所示。当可控硅的栅极悬空时，BG1和BG2都处于截止状态，此时电路基本上没有电流流过负载电阻RL，当栅极输入一个正脉冲电压时BG2道通，使BG1的基极电位下降，BG1因此开始道通，BG1的道通使得BG2的基极电位进一步升高，BG1的基极电位进一步下降，经过这一个正反馈过程使BG1和BG2进入饱和道通状态。电路很快从截止状态进入道通状态，这时栅极就算没有触发脉冲电路由于正反馈的作用将保持道通状态不变。如果此时在阳极和阴极加上反向电压，由于BG1和BG2均处于反向偏置状态所以电路很快截止，另外如果加大负载电阻RL的阻值使电路电流减少BG1和BG2的基电流也将减少，当减少到某一个值时由于电路的正反馈作用，电路将很快从道通状态翻转为截止状态，我们称这个电流为维持电流。在实际应用中，我们可通过一个开关来短路可控硅的阳极和阴极从而达到可控硅的关断。

应用举例
可控硅在实际应用中电路花样最多的是其栅极触发回路，概括起来有直流触发电路，交流触发电路，相位触发电路等等。
1。直流触发电路：如图G2是一个电视机常用的过压保护电路，当E+电压过高时A点电压也变高，当它高于稳压管DZ的稳压值时DZ道通，可控硅D受触发而道通将E+短路，使保险丝RJ熔断，从而起到过压保护的作用。

2。相位触发电路：相位触发电路实际上是交流触发电路的一种，如图G3，这个电路的方法是利用RC回路控制触发信号的相位。当R值较少时，RC时间常数较少，触发信号的相移A1较少，因此负载获得较大的电功率；当R值较大时，RC时间常数较大，触发信号的相移A2较大，因此负载获得较少的电功率。这个典型的电功率无级调整电路在日常生活中有很多电气产品中都应用它。