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稳压二极管工作原理与使用是什么样子的呢?

  稳压二极管(zener diode),也称齐纳二极管,与普通二极管不同的是,稳压二极管工作在反向击穿状态时,它的工作电流在很大范围内变化而其两端的电压基本不变。
  它的原理图符号有如下图所示的两种:
  标称稳定电压VZ(Nominal Zener Voltage)是稳压二极管最重要参数,也是工程师在选型时首要的参数。
  稳压二极管的典型应用电路如下图所示:
  它的主要作用是从较高输入电压Vi中获取的较低输出电压Vo,这里我们并没有这样描述:从较高的不稳定的输入电压Vi中获取较低的稳定输出电压Vo。稳压二极管虽然有一定的稳压功能,但这种稳压能力在精度要求较高的场合并不适用,在大多数实际应用电路中,稳压二极管更多的是为了获取一个对精度要求不高的电压值(精度要求高的可选择电压基准芯片,可参考相关文章),下图为稳压二极管应用于场效应管驱动时的示意图:
  N沟通道场效应管的栅源开启电压VGS是有最大限制值的,比如±20V,超过此值则场效应管可能会损环,通常在此类开关控制电路中,VGS值设置为 10V左右,如果电路系统中只有36V较高的电压(其它为5V之类的低压),这个电压不可以直接作为VGS电压,当然,可以采用诸如低压差线性调整芯片(LDO)从36V中降压获取此电压,但是大多数情况下,我们只需要如图所示稳压二极管即可,成本低,电路简单,而且这种应用对稳压精度要求并不高。
  当输入电源电压Vi比稳压二极管的稳定电压VZ低时,稳压二极管没有击穿而处于反向截止区,此时电路回路中只有比较小的反向漏电电流IR(reverse leakage current),这种工作状态不是稳压二极管的正常工作状态,因为输出电压Vo是随输入电压Vi变化的,没有达到输出稳定电压的目的,如下图所示:
  当输入电源电压Vi比稳压二极管稳定电压ZT高时,稳压二极管被反向电压击穿,此时回路电流急剧增加,如下图所示:
  此时的输出电压Vo就是稳压二极管的标称稳定电压,也就是我们所需要的电压值,回路中的电流就是稳压二极管的工作电流IZ(zener current),此值由下式可得:
  其中,电阻R就是稳压二极管的限流电阻。能够使稳压二极管进入稳压状态的最小电流IZ也叫膝点/拐点电流IZK(knee point current),因此,电阻R值不应该太大,那么这个电阻的最小值应该是多少才合适呢?我们继续往下看:
  当输入电源电压Vi时继续增加时,稳压二极管的稳定电压VZ(也就是输出电压Vo)会有一定的变化,但没有输入电压Vi变化那么大,因为稳压二极管处于反向击穿稳压状态,此时输入电压Vi与输出电压Vo的差值都施加到电阻R两端,继而引起回路电流上升。
  稳压二极管本身没有最高反向电压的参数,但是它会有一定的功耗,如下式:
  也就是稳压二极管的稳定电压VZ与流过稳压二极管中的电流IZ的乘积,对于具体的稳压二极管,其稳定电压VZ是额定的,因此功耗也可以由最大的功耗也可由最大工作电流IZM(Maximum zener current)来表示,很多数据手册中也是给出这个值。
  当回路电流IZ超过稳压二极管的最大工作电流IZM时(也就是超过二极管最高允许耗散功率),稳压二极管会因为过热而损坏,此时的输出电压Vo就是输入电压Vi,也就是不再有稳压能力了,如下图所示:
  因此,我们在设置电阻R的最小值时,应控制稳压二极管的工作电流在IZM之内。
  这种特性我们也可以从稳压二极管的伏安V-I特性曲线看出,如下图所示:
  稳压二极管有一定的电阻,通常称为动态电阻RZ(zener resistance)或动态阻抗ZZ(zener impedance),它是指稳压管两端电压变化与电流变化的比值,可由下式所得:
  动态电阻RZ随稳压二极管的工作电流IZ不同而不同,通常工作电IZ流越大(即分母越大),则动态电阻则RZ越小,这个值自然是越小越好。
  我们可以把稳压二极管等效一个理想的电压源VZ与一个动态电阻RZ串联,如下图所示:
  因此,典型应用电路也可以修改如下所示:
  当回路中的电流IZ上升时,动态电阻RZ两端的压降(IZ×RZ)亦会上升,则输出电压Vo也会上升,动态电阻RZ越小则输出电压Vo变化越小,也就是说稳压能力更佳。
  模块U5501的参数
  网络:WCDMA/HSDPA
  套片:QSC6270
  频段:"WCDMA850/2100MHz
  GSM850/900/1800/1900MHz"
  尺寸:36*32*2.75mm
  温度:-30℃~+75℃
  电压:3.5V~4.2V/典型值3.8V
  功耗:待机电流约4mA
  接口:邮票孔贴片式
  USB:USB 2.0
  驱动:Windows/WinCE/Linux/Android
  速率:3.6Mbps/384Kbps
  功能:支持UART/PCM/内置TCP/LCD/SD/Carmera音频:1路模拟语音命令:标准AT命令
  认证:RoHS/型号核准证
  亮点:超薄设计
  产品类别:WCDMA Module
  品   牌:龙尚
  产品信息:
  频段: HSDPA 900/2100MHz
  GSM850/900/1800/1900MHz
  待机电流约7~9mA
  具有语音、短信和数据业务等功能
  速率:UL:3.6Mbps,DL:384Kbps
  支持操作系统:WIN7/Win2K/XP/Vista/Mac/Linux尺寸:30*30*2.5mm116 Pins LGA封装-20℃~+60℃
 

本文由【仙】发布于开源中国,原文链接:https://my.oschina.net/u/3911785/blog/3104012

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