穩壓二極管的原理及應用

穩壓二極管(又叫齊納二極管)它的電路符號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)很少的數值,在這個(gè)低阻區中電流增加而電壓則保持恒定,穩壓二極管是根據擊穿電壓來(lái)分檔的,因為這種特性,穩壓管主要被作為穩壓器或電壓基準元件使用.其伏安特性,穩壓二極管可以串聯(lián)起來(lái)以便在較高的電壓上使用,通過(guò)串聯(lián)就可獲得更多的穩定電壓.
穩壓管的應用:

1、浪涌保護電路(如圖穩壓管在準確的電壓下?lián)舸?這就使得它可作為限制或保護之元件來(lái)使用,因為各種電壓的穩壓二極管都可以得到,故對于這種應用特別適宜.圖中的穩壓二極管D是作為過(guò)壓保護器件.只要電源電壓VS超過(guò)二極管的穩壓值D就導通,使繼電器J吸合負載RL就與電源分開(kāi).

2、電視機里的過(guò)壓保護電路(如圖3):EC是電視機主供電壓,當EC電壓過(guò)高時(shí),D導通,三極管BG導通,其集電極電位將由原來(lái)的高電平(5V)變?yōu)榈碗娖?通過(guò)待機控制線(xiàn)的控制使電視機進(jìn)入待機保護狀態(tài)

3、電弧抑制電路如圖4:在電感線(xiàn)圈上并聯(lián)接入一只合適的穩壓二極管(也可接入一只普通二極管原理一樣)的話(huà),當線(xiàn)圈在導通狀態(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,所以當開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),開(kāi)關(guān)的電弧也就被消除了.這個(gè)應用電路在工業(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)型穩壓電路(如圖5):在此電路中,串聯(lián)穩壓管BG的基極被穩壓二極管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(chǎng)合下都有應用。

晶體管射隨電路
在很多的電子電路中,為了減少后級電路對前級電路的影響和有些前級電路的輸出要求有較強的帶負載能力(即要求輸出阻抗較低)時(shí),要用到緩沖電路,從而達到增強電路的帶負載能力和前后級阻抗匹配,晶體管射隨器就是一種達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.　

　根據圖A1的等效電路可知,發(fā)射極電流Ie=Ib+Ic又因為Ic=β*Ib(β是晶體管的直流放大系數)所以Ie=Ib+β*Ib=Ib(1+β),又根據電路回路電壓定律: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(jiàn)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,特別是一些小信號放大電路,其電源往往會(huì )加入一級晶體管電子濾波器,其電路結構如圖J1,設圖的右邊是一個(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
因為Iec=β*Ib (β為晶體管的直流放大系數)
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(lái)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)比方設晶體管的直流放大系數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(mǎn)足要求了.

現在越來(lái)越多的電子電路都在使用場(chǎng)效應管,特別是在音響領(lǐng)域更是如此,場(chǎng)效應管與晶體管不同,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,其結構簡(jiǎn)圖如圖C-a.

場(chǎng)效應管是一種單極型晶體管,它只有一個(gè)P-N結,在零偏壓的狀態(tài)下,它是導通的,如果在其柵極(G)和源極(S)之間加上一個(gè)反向偏壓(稱(chēng)柵極偏壓)在反向電場(chǎng)作用下P-N變厚(稱(chēng)耗盡區)溝道變窄,其漏極電流將變小,(如圖C1-b),反向偏壓達到一定時(shí),耗盡區將完全溝道"夾斷",此時(shí),場(chǎng)效應管進(jìn)入截止狀態(tài)如圖C-c,此時(shí)的反向偏壓我們稱(chēng)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的絕對值.
在制造場(chǎng)效應管時(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(huà),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(chǎng)效應管可工作在正的偏置狀態(tài),我們稱(chēng)這種場(chǎng)效應管為絕緣柵型場(chǎng)效應管,又稱(chēng)MOS場(chǎng)效應管,所以場(chǎng)效應管有兩種類(lèi)型,一種是絕緣柵型場(chǎng)效應管,它可工作在反向偏置,零偏置和正向偏置狀態(tài),一種是結型柵型效應管,它只能工作在反向偏置狀態(tài).
絕緣柵型場(chǎng)效應管又分為增強型和耗盡型兩種,我們稱(chēng)在正常情況下導通的為耗盡型場(chǎng)效應管,在正常情況下斷開(kāi)的稱(chēng)增強型效應管.增強型場(chǎng)效應管特點(diǎn):當Vgs=0時(shí)Id(漏極電流)=0,只有當Vgs增加到某一個(gè)值時(shí)才開(kāi)始導通,有漏極電流產(chǎn)生.并稱(chēng)開(kāi)始出現漏極電流時(shí)的柵源電壓Vgs為開(kāi)啟電壓.
耗盡型場(chǎng)效應管的特點(diǎn),它可以在正或負的柵源電壓(正或負偏壓)下工作,而且柵極上基本無(wú)柵流(非常高的輸入電阻).
結型柵場(chǎng)效應管應用的電路可以使用絕緣柵型場(chǎng)效應管,但絕緣柵增強型場(chǎng)效管應用的電路不能用結型 柵場(chǎng)效應管代替.

可控硅二極管
可控硅在自動(dòng)控制控制，機電領(lǐng)域，工業(yè)電氣及家電等方面都有廣泛的應用?？煽毓枋且环N有源開(kāi)關(guān)元件，平時(shí)它保持在非道通狀態(tài)，直到由一個(gè)較少的控制信號對其觸發(fā)或稱(chēng)“點(diǎn)火”使其道通，一旦被點(diǎn)火就算撤離觸發(fā)信號它也保持道通狀態(tài)，要使其截止可在其陽(yáng)極與陰極間加上反向電壓或將流過(guò)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(lái)模擬，如圖G1所示。當可控硅的柵極懸空時(shí)，BG1和BG2都處于截止狀態(tài)，此時(shí)電路基本上沒(méi)有電流流過(guò)負載電阻RL，當柵極輸入一個(gè)正脈沖電壓時(shí)BG2道通，使BG1的基極電位下降，BG1因此開(kāi)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(guò)這一個(gè)正反饋過(guò)程使BG1和BG2進(jìn)入飽和道通狀態(tài)。電路很快從截止狀態(tài)進(jìn)入道通狀態(tài)，這時(shí)柵極就算沒(méi)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(yáng)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，當減少到某一個(gè)值時(shí)由于電路的正反饋作用，電路將很快從道通狀態(tài)翻轉為截止狀態(tài)，我們稱(chēng)這個(gè)電流為維持電流。在實(shí)際應用中，我們可通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)短路可控硅的陽(yáng)極和陰極從而達到可控硅的關(guān)斷。

應用舉例
可控硅在實(shí)際應用中電路花樣最多的是其柵極觸發(fā)回路，概括起來(lái)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)電視機常用的過(guò)壓保護電路，當E+電壓過(guò)高時(shí)A點(diǎn)電壓也變高，當它高于穩壓管DZ的穩壓值時(shí)DZ道通，可控硅D受觸發(fā)而道通將E+短路，使保險絲RJ熔斷，從而起到過(guò)壓保護的作用。

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)信號的相位。當R值較少時(shí)，RC時(shí)間常數較少，觸發(fā)信號的相移A1較少，因此負載獲得較大的電功率；當R值較大時(shí)，RC時(shí)間常數較大，觸發(fā)信號的相移A2較大，因此負載獲得較少的電功率。這個(gè)典型的電功率無(wú)級調整電路在日常生活中有很多電氣產(chǎn)品中都應用它。