穩(wěn)壓二極管的原理及應(yīng)用

穩(wěn)壓二極管(又叫齊納二極管)它的電路符號(hào)是此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件.在這臨界擊穿點(diǎn)上,反向電阻降低到一個(gè)很少的數(shù)值,在這個(gè)低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定,穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的,因?yàn)檫@種特性,穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用.其伏安特性,穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用,通過串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓.
穩(wěn)壓管的應(yīng)用:

1、浪涌保護(hù)電路(如圖穩(wěn)壓管在準(zhǔn)確的電壓下?lián)舸?這就使得它可作為限制或保護(hù)之元件來使用,因?yàn)楦鞣N電壓的穩(wěn)壓二極管都可以得到,故對(duì)于這種應(yīng)用特別適宜.圖中的穩(wěn)壓二極管D是作為過壓保護(hù)器件.只要電源電壓VS超過二極管的穩(wěn)壓值D就導(dǎo)通,使繼電器J吸合負(fù)載RL就與電源分開.

2、電視機(jī)里的過壓保護(hù)電路(如圖3):EC是電視機(jī)主供電壓,當(dāng)EC電壓過高時(shí),D導(dǎo)通,三極管BG導(dǎo)通,其集電極電位將由原來的高電平(5V)變?yōu)榈碗娖?通過待機(jī)控制線的控制使電視機(jī)進(jìn)入待機(jī)保護(hù)狀態(tài)

3、電弧抑制電路如圖4:在電感線圈上并聯(lián)接入一只合適的穩(wěn)壓二極管(也可接入一只普通二極管原理一樣)的話,當(dāng)線圈在導(dǎo)通狀態(tài)切斷時(shí),由于其電磁能釋放所產(chǎn)生的高壓就被二極管所吸收,所以當(dāng)開關(guān)斷開時(shí),開關(guān)的電弧也就被消除了.這個(gè)應(yīng)用電路在工業(yè)上用得比較多,一些較大功率的電磁吸控制電路就用到它

4、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路(如圖5):在此電路中,串聯(lián)穩(wěn)壓管BG的基極被穩(wěn)壓二極管D鉗定在13V,那么其發(fā)射極就輸出恒定的12V電壓了.這個(gè)電路在很多場合下都有應(yīng)用。

晶體管射隨電路
在很多的電子電路中,為了減少后級(jí)電路對(duì)前級(jí)電路的影響和有些前級(jí)電路的輸出要求有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力(即要求輸出阻抗較低)時(shí),要用到緩沖電路,從而達(dá)到增強(qiáng)電路的帶負(fù)載能力和前后級(jí)阻抗匹配,晶體管射隨器就是一種達(dá)到上述功能的緩沖電路。
晶體管射隨電路實(shí)際上是晶體管共發(fā)電路,它是晶體三極管三大電路形式之一(共基電路、共集電路、共發(fā)電路),它的電路基本形式如圖A1所示.　

　根據(jù)圖A1的等效電路可知,發(fā)射極電流Ie=Ib+Ic又因?yàn)镮c=β*Ib(β是晶體管的直流放大系數(shù))所以Ie=Ib+β*Ib=Ib(1+β),又根據(jù)電路回路電壓定律:Vi=Ib(Rb+Rbe )+Ie*Re=Ib(Rb+Rbe)+Ib(1+β)Re(Rb是晶體管基極電阻,Rbe是基極與發(fā)射極之間的電阻,由于Rb和Rbe較少可忽略,那么Vi= Ib(1+β)Re,根據(jù)歐姆定律,電路的輸入阻抗為Vi/Ib=Ib(1+β)Re/Ib=Re(1+β)。從此式可見電路的輸入阻抗是Re的1+β倍，電路的輸出阻抗等于Rc與Re的并聯(lián)總阻抗.經(jīng)上述分析得出結(jié)論：晶體管射隨電路具有較高的輸入阻抗和較低的輸出阻抗。

晶體管電子濾波器
在很多電子電路中,特別是一些小信號(hào)放大電路,其電源往往會(huì)加入一級(jí)晶體管電子濾波器,其電路結(jié)構(gòu)如圖J1,設(shè)圖的右邊是一個(gè)與電子濾波效果一樣的普通RC濾波電路,則它們有以下關(guān)系:圖的左邊 Uec=Ib*R1+Ueb=Ib*R1
因?yàn)镮ec=β*Ib (β為晶體管的直流放大系數(shù))
所以有Uec=(Iec/β)*R1
圖的右邊Uec=Rec*Iec 由于左右圖互相等效所以有
Rec*Iec=(Iec/β)*R1得Rec=R1/β
兩濾波器的濾波性能一般用R與C的乘積來衡量,所以有:
R1*C1=Rec*C1'=(R1/β)*C1'
C1=C1'/β
由上式可知,電子濾波器所需的電容C1比一般RC濾波器所需電容少β倍.打個(gè)比方設(shè)晶體管的直流放大系數(shù)β=100,如果用一般RC濾波器所需電容容量為1000μF,如采用電子濾波器那么電容只需要10μF就滿足要求了.

現(xiàn)在越來越多的電子電路都在使用場效應(yīng)管,特別是在音響領(lǐng)域更是如此,場效應(yīng)管與晶體管不同,它是一種電壓控制器件(晶體管是電流控制器件),其特性更象電子管,它具有很高的輸入阻抗,較大的功率增益,由于是電壓控制器件所以噪聲小,其結(jié)構(gòu)簡圖如圖C-a.

場效應(yīng)管是一種單極型晶體管,它只有一個(gè)P-N結(jié),在零偏壓的狀態(tài)下,它是導(dǎo)通的,如果在其柵極(G)和源極(S)之間加上一個(gè)反向偏壓(稱柵極偏壓)在反向電場作用下P-N變厚(稱耗盡區(qū))溝道變窄,其漏極電流將變小,(如圖C1-b),反向偏壓達(dá)到一定時(shí),耗盡區(qū)將完全溝道"夾斷",此時(shí),場效應(yīng)管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)如圖C-c,此時(shí)的反向偏壓我們稱之為夾斷電壓,用Vpo表示,它與柵極電壓Vgs和漏源電壓Vds之間可近以表示為Vpo=Vps+|Vgs|,這里|Vgs|是Vgs的絕對(duì)值.
在制造場效應(yīng)管時(shí),如果在柵極材料加入之前,在溝道上先加上一層很薄的絕緣層的話,則將會(huì)大大地減小柵極電流,也大大地增加其輸入阻抗,由于這一絕緣層的存在,場效應(yīng)管可工作在正的偏置狀態(tài),我們稱這種場效應(yīng)管為絕緣柵型場效應(yīng)管,又稱MOS場效應(yīng)管,所以場效應(yīng)管有兩種類型,一種是絕緣柵型場效應(yīng)管,它可工作在反向偏置,零偏置和正向偏置狀態(tài),一種是結(jié)型柵型效應(yīng)管,它只能工作在反向偏置狀態(tài).
絕緣柵型場效應(yīng)管又分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種,我們稱在正常情況下導(dǎo)通的為耗盡型場效應(yīng)管,在正常情況下斷開的稱增強(qiáng)型效應(yīng)管.增強(qiáng)型場效應(yīng)管特點(diǎn):當(dāng)Vgs=0時(shí)Id(漏極電流)=0,只有當(dāng)Vgs增加到某一個(gè)值時(shí)才開始導(dǎo)通,有漏極電流產(chǎn)生.并稱開始出現(xiàn)漏極電流時(shí)的柵源電壓Vgs為開啟電壓.
耗盡型場效應(yīng)管的特點(diǎn),它可以在正或負(fù)的柵源電壓(正或負(fù)偏壓)下工作,而且柵極上基本無柵流(非常高的輸入電阻).
結(jié)型柵場效應(yīng)管應(yīng)用的電路可以使用絕緣柵型場效應(yīng)管,但絕緣柵增強(qiáng)型場效管應(yīng)用的電路不能用結(jié)型 柵場效應(yīng)管代替.

可控硅二極管
可控硅在自動(dòng)控制控制，機(jī)電領(lǐng)域，工業(yè)電氣及家電等方面都有廣泛的應(yīng)用?？煽毓枋且环N有源開關(guān)元件，平時(shí)它保持在非道通狀態(tài)，直到由一個(gè)較少的控制信號(hào)對(duì)其觸發(fā)或稱“點(diǎn)火”使其道通，一旦被點(diǎn)火就算撤離觸發(fā)信號(hào)它也保持道通狀態(tài)，要使其截止可在其陽極與陰極間加上反向電壓或?qū)⒘鬟^可控硅二極管的電流減少到某一個(gè)值以下。

可控硅二極管可用兩個(gè)不同極性（P-N-P和N-P-N）晶體管來模擬，如圖G1所示。當(dāng)可控硅的柵極懸空時(shí)，BG1和BG2都處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)電路基本上沒有電流流過負(fù)載電阻RL，當(dāng)柵極輸入一個(gè)正脈沖電壓時(shí)BG2道通，使BG1的基極電位下降，BG1因此開始道通，BG1的道通使得BG2的基極電位進(jìn)一步升高，BG1的基極電位進(jìn)一步下降，經(jīng)過這一個(gè)正反饋過程使BG1和BG2進(jìn)入飽和道通狀態(tài)。電路很快從截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入道通狀態(tài)，這時(shí)柵極就算沒有觸發(fā)脈沖電路由于正反饋的作用將保持道通狀態(tài)不變。如果此時(shí)在陽極和陰極加上反向電壓，由于BG1和BG2均處于反向偏置狀態(tài)所以電路很快截止，另外如果加大負(fù)載電阻RL的阻值使電路電流減少BG1和BG2的基電流也將減少，當(dāng)減少到某一個(gè)值時(shí)由于電路的正反饋?zhàn)饔?，電路將很快從道通狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)，我們稱這個(gè)電流為維持電流。在實(shí)際應(yīng)用中，我們可通過一個(gè)開關(guān)來短路可控硅的陽極和陰極從而達(dá)到可控硅的關(guān)斷。

應(yīng)用舉例
可控硅在實(shí)際應(yīng)用中電路花樣最多的是其柵極觸發(fā)回路，概括起來有直流觸發(fā)電路，交流觸發(fā)電路，相位觸發(fā)電路等等。
1。直流觸發(fā)電路：如圖G2是一個(gè)電視機(jī)常用的過壓保護(hù)電路，當(dāng)E+電壓過高時(shí)A點(diǎn)電壓也變高，當(dāng)它高于穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)壓值時(shí)DZ道通，可控硅D受觸發(fā)而道通將E+短路，使保險(xiǎn)絲RJ熔斷，從而起到過壓保護(hù)的作用。

2。相位觸發(fā)電路：相位觸發(fā)電路實(shí)際上是交流觸發(fā)電路的一種，如圖G3，這個(gè)電路的方法是利用RC回路控制觸發(fā)信號(hào)的相位。當(dāng)R值較少時(shí)，RC時(shí)間常數(shù)較少，觸發(fā)信號(hào)的相移A1較少，因此負(fù)載獲得較大的電功率；當(dāng)R值較大時(shí)，RC時(shí)間常數(shù)較大，觸發(fā)信號(hào)的相移A2較大，因此負(fù)載獲得較少的電功率。這個(gè)典型的電功率無級(jí)調(diào)整電路在日常生活中有很多電氣產(chǎn)品中都應(yīng)用它。