穩壓管穩壓電路參數選擇,限流電阻如何選擇?

侯佳儀


朋友們好,我是電子及工控技術,我來回答這個問題。穩壓二極管與普通二極管一樣都具有正向導通,反向截止的特點。我們知道一般的二極管要是給它加反向電壓的時候,如果超過了它的承受能力時,二極管就會擊穿損壞。但是我們會看到在電路中有一種二極管從外觀和它的正向導通特性來說與普通二極管很有相似之處,從它的反向特性來說有點特殊,這種二極管我們稱之為穩壓二極管。

穩壓二極管的穩壓過程

穩壓二極管的反向電壓如果加到一定很高的時候,穩壓二極管就會因被擊穿而通過較大的電流,然而這種現象正是我們所希望的,因為這種穩壓二極管就是在這種擊穿狀態下工作的。只要穩壓管正常工作,它就一直處於這種被擊穿的狀態,此時通過它的電流大而管壓降變化的卻非常的小,因此它能夠起到穩壓的作用,我們也把它稱之為齊納二極管。

穩壓二極管主要電路參數和限流電阻

1、穩壓管主要電路參數

一般情況下穩壓二極管都是由硅材料製作的,在工作時只要它的反向擊穿電流小於穩壓二極管的最大允許電流,這個穩壓管就不會損壞,因此我們就要限制它的工作電流。要達到這種正常的工作狀態就要考慮以下的主要電路參數,首先要考慮的是穩定的電壓值Uz,它是指當穩壓管中的電流值在規定的範圍內時,它兩端的電壓值Uz。因為穩壓管的型號很多,比如1N4728A的穩壓值是3.3V、1N4733的穩壓值是5V、1N4735的穩壓值是6.2V等等。

其次是它的穩定電流Iz這個參數,它是指穩壓管正常工作時它的穩定電流值。這個穩定電流值有最小值穩定電流值Izmin和最大值穩定電流值Izmax。

再次就是要考慮穩壓管的最大耗散功率值Pzmax,它是指穩壓管正常工作時所能承受的功率。比如我今天維修的一個養生壺,它的電路板中就用了一個1N4733A的穩壓二極管,它的功率就是1瓦的。

2、穩壓管的限流電阻選取方法

從下圖可以看到,我們利用穩壓管的電流變化,會引起限流電阻R兩端電壓的變化,從而就能夠起到穩定電壓的目的。因此在這個電路中電阻R的作用不但起到調壓作用,而且還具有限流的作用。那麼這個限流電阻我們可以根據下列式子計算出來,那就是:

上面的式子中,VS代表的時穩壓管的輸入電壓、Vz代表的是穩壓管的電壓、Iz 代表穩壓管的最小工作電流、 IL(Max)代表的是負載的工作電流。這樣以來我們假設下圖的穩壓二極管輸入電壓U1=9V,穩壓二極管穩定電壓Uz=5V,最小穩定電流Izmin=4mA,負載電流IL=20mA,那麼我們就可以根據式子得出它的限流電阻R就等於

(9V-5V)/(4mA+20mA)=4V/24mA=167歐姆,那麼這個R我們可以實際取得150歐姆就可以了。以上就是穩壓管限流電阻的計算方法,僅供朋友們參考。

穩壓管使用時的經驗之談

我們在使用穩壓管時要注意以下幾個方面,第一就是在電路中需要反接才能起到穩定電壓的作用,也就是說穩壓管的負極接電路中的高電位,正極接地電位,如果接反的話就會因電流過大而燒燬穩壓管。第二點就是穩壓二極管必須在電源電壓高於它的穩壓值時才能夠穩壓,說到這裡我又想起了今天維修養生壺的事情,這個電路的故障就是由於電路中的阻容降壓環節中的電容失效造成了穩壓管的輸入電壓過低只有2.7V,因為穩壓管1N4733的穩壓值是5V,所以達不到它的穩壓值,造成驅動不了電路板中的微控制芯片,造成了整個電路無法正常工作。第三點就是如果使用一個穩壓管達不到穩壓值時可以用多個穩壓管串聯使用,切記一定不要並聯使用。

以上就是我對這個問題的回答。歡迎朋友們參與討論,敬請關注電子及工控技術,感謝點贊。


電子及工控技術


設計穩壓二極管電路時需要注意反向擊穿電流

穩壓二極管叫Zener,除了有著二極管的單向導通特性,還有著反向擊穿穩壓的特性。當穩壓二極管被反向擊穿後,電壓不會隨電流的變化而變化。

穩壓二極管設計穩壓電路

使用穩壓二極管時,需要注意兩個重要參數:

Iz:反向擊穿電流,反向電流需要達到擊穿電流Iz,才會有穩壓效果。

Izm:最大反向電流,通過穩壓二極管的反向電流不能超過它的最大反向電流Izm,超規格使用會燒壞。

  • 使用穩壓二極管時,穩壓二極管的負極需要連接到電源的正極,穩壓二極管的負極連接到電源的正極,才能實現反向擊穿穩壓。
  • 使用穩壓二極管設計穩壓電路時,需要合理設置限流電阻和負載的功率。
  • 輸入的電流會分流為兩部分,一部分流過穩壓二極管(Iz),另一部分流過負載(Io),I=Iz + Io。
  • 如果負載(RL)功率過大,導致Iz小於穩壓二極管的反向擊穿電流,電壓會被拉低,失去穩壓效果
  • 如果輸入的電流過大,而負載的功率過小,導至通過穩壓二極管的反向電流Iz大於穩壓二極管的最大反向電流Izm,穩壓二極管會燒壞。
  • 設計電路的時候,需要根據負載(RL)的電流設置合適的限流電阻R。假如Ui=15V,VZ=12V,穩壓二極管反向擊穿電流(Iz)=3mA,穩壓二極管最大反向電流(Izm)=50mA,那麼Iz+Io的最小值為3mA,Iz+Io最大值為53mA;R=(15-12)/0.053=56.6Ω,限流電阻阻值必須大於56.6Ω。
  • 假如限流電值設定為100Ω,那麼I=Iz+Io=(15-12)/100=30mA,因為Iz最小為3mA,所以,負載工作電流不能大於27mA,如果負載電流大於27mA,電壓將被拉低。

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穩壓管在電路設計中也是比較常用的一種元器件,穩壓管屬於二極管中的一種,主要工作於PN結的反向擊穿區。穩壓管在電路中的主要作用有:(1)當電壓基準源;(2)穩壓器,抑制電壓波動使電壓穩定;(3)在電路中當其他電子元器件的保護作用,比如限壓(過壓保護)或限流,抑制電路中的電弧等。

▲穩壓管

穩壓管該怎麼選擇呢?

首先根據電路的原理選擇所需的穩壓值UZ,其次再參考穩壓管的其它參數,比如:(1)穩定電流IZ,穩壓管的穩定電流是一個範圍,有典型值,最小穩定電流IZMIN和最大穩定電流IZMAX,穩壓管正常穩壓時其工作電流範圍為IZMIN~IZMAX之間,超過該電流值穩壓管會燒燬!小於該電流值達不到穩壓效果;(2)溫度係數,穩壓管的穩壓值UZ會隨溫度係數而改變,其穩壓值溫漂越小穩壓管性能越好;(3)動態電阻RZ,穩壓管的動態電阻指的是穩壓管兩端的電壓與電流的比值,該比值會隨著工作電流改變而改變。選擇動態電阻較小的穩壓管,其性能更好;(4)還有一些相對來說不是很重要的參數,耗散功率PZ,漏電流等。

穩壓電路當中怎麼選擇電阻?

如下圖為穩壓管所形成的電路,限流電阻該如何選擇呢?怎麼計算?這個需要根據輸入電壓的範圍、穩壓管的穩壓值、穩壓管的正常穩壓電流範圍以及負載電流進行計算。

▲穩壓管電路

(1)若穩壓管後端的負載非常小,只作為基準源,負載電流可忽略不計,此時計算限流電阻R還是非常方便的,R=(Uin-UZ)/IZ,其中Uin為輸入電壓,UZ為穩壓管的穩壓值,IZ為穩壓管的穩定電流,可選其典型值即可。

(2)當負載較大,其電流不可忽略時,限流電阻的電流=穩壓二極管的電流+負載電流,即(Uin-UZ)/R=IZ+UZ/RF,IZMIN≤IZ≤IZMAX,根據公式及各參數限制,選擇最佳限流電阻R的值即可。比如輸入電壓10V~12V,穩壓值為3.3V,負載電流為20mA,穩壓管工作電流為5mA~50mA,則10V~12V-3.3V/R=5mA~50mA+20mA,即6.7V~8.7V/R=25mA~70mA,即R=6.7V~8.7V/25mA~70mA,可得124<R<268,限流電阻R可選200Ω。功率P=U^2/R=8.7*8.7/200=0.378(W),可選擇功率為0.5W或1W的電阻。

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