穩(wěn)壓二極管和TVS管和快恢復(fù)二極管介紹

1、穩(wěn)壓二極管(Zener Diod 齊納二極管)A原理:它工作在電壓反向擊穿狀態(tài),當(dāng)反向電壓達(dá)到并超過穩(wěn)定電壓時(shí),反向電流突然增大,而二極管兩端電壓恒定B分類 從穩(wěn)壓高低分:低壓穩(wěn)壓二極管(<40V);高壓穩(wěn)壓二極管(>200V) 從材料分:N型;P型C.主要參數(shù) 穩(wěn)定電壓VZ:在規(guī)定的穩(wěn)壓管,反向工作電流IZ下,所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。 穩(wěn)定電流IE 動(dòng)態(tài)電阻rZ ； 最大耗散功率 PZM 最大穩(wěn)定工作電流 IZmax 和最小穩(wěn)定工作電流 IZmin 溫度系數(shù)at,溫度越高,穩(wěn)壓誤差越大 D.用途 對(duì)漏極和源極進(jìn)行鉗位保護(hù)D.硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路它是利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性穩(wěn)壓的

2、,由于反向特性陡直,較大的電流變化，只會(huì)引起較小的電壓變化。圖1: 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路1.輸入電壓VE增加如何穩(wěn)壓若限流電阻電壓不變,由于 VE=VR (不變)+ VZ ,VE增加必然引起VZ增加, VZ增加使IZ增加,要使輸出電流不變,IR= IZ+IL (不變),IR增加,由于VR=IR ×R1,R1不變, VR必然的增加, 由于 VE=VR+ VZ,使電壓VZ 增加減小,又VZ= VO,從而使輸出電壓VO增加減小。穩(wěn)壓過程可概括如下: VEVZIZIRVRVO這里VO減小應(yīng)理解為,由于輸入電壓VE的增加,在穩(wěn)壓二極管的調(diào)節(jié)下,使VO的增加沒有那么大而已。VO還是要增加一點(diǎn)的,

3、這是一個(gè)有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。2.當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)如何穩(wěn)壓負(fù)載電流IL的增加,由于IR= IZ(不變)+IL,必然引起IR的增加,VR=IR ×R1,即VR增加, 又VE(不變)=VR+VZ,從而使VZ=VO減小,IZ減小,要使負(fù)載電流不變 IR= IZ+IL (不變) IZ的減小必然使IR減小, VR減小,從而使輸出電壓VO增加, 使VO的減小沒有那么大而已。穩(wěn)壓過程可概括如下: ILIRVRVZ（VO）IZIRVRVO瞬態(tài)抑制二極管簡(jiǎn)稱TVS (Transient Voltage Suppressor) 1.特點(diǎn):在規(guī)定的反向應(yīng)用條件下,當(dāng)承受一個(gè)高能量的瞬時(shí)過壓脈沖時(shí),其工作阻抗能立即

4、降至很低的導(dǎo)通值,允許大電流通過,并將電壓箝制到預(yù)定水平,從而有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件免受損壞。反映速度快(為pS級(jí)), 體積小，箝位電壓低，可靠性高雙向TVS適用于交流電路,單向TVS一般用于直流電路。2.分類: 按極性分為單極性和雙極性兩種3. 符號(hào): Symbol4.二極管的特性圖表5.二極管的抑制瞬態(tài)電壓的圖和單向保護(hù)圖形圖一：抑制瞬態(tài)電壓的例圖圖二：?jiǎn)雾?xiàng)保護(hù)圖例6.TVS 的主要參數(shù) VBR :Reverse Breakdown Voltage (反向崩潰電壓即擊穿電壓)定義: 當(dāng)TVS 流過規(guī)定的1mA 電流（ IR ）時(shí),測(cè)德TVS 兩極間的電壓VBR 是TVS 最小的雪

5、崩電壓。25時(shí),在這個(gè)電壓之前,TVS 是不導(dǎo)通的, 當(dāng)瞬態(tài)電壓超過VBR ,瞬態(tài)電壓抑制二極管便產(chǎn)生崩潰把瞬態(tài)電壓抑制在某個(gè)水平, 提供瞬態(tài)電流一個(gè)超低電阻通路,讓瞬態(tài)電流透過瞬態(tài)電壓抑制二極管被引開, 避開被保 護(hù)元件。 IR: Reverse Leakage Current (反向漏電電流)  當(dāng)最大反向工作電壓施加到TVS上時(shí),TVS管有一個(gè)漏電流IR,一般都會(huì)有10-100A的反向漏電電流。當(dāng)TVS用于高阻抗電路時(shí),這個(gè)漏電流是一個(gè)重要的參數(shù)。 VRWM: 最大反向工作電壓 (Reverse Stand-off Voltage:可承受的反向電壓)是器件反向工作時(shí)，在規(guī)定的I

6、R下，器件兩端的電壓值。此時(shí)二極管為不導(dǎo)通之狀態(tài)，通常VRWM=（0.80.9）VBR。使用時(shí),應(yīng)使VRWM不低于被保護(hù)器件或線路的正常工作電壓。 VC(max ):最大箝位電壓(TVS diode Clamping Voltage :抑制電壓) 在脈沖峰值電流Ipp 作用下,器件兩端的最大電壓值稱為最大箝位電壓。使用時(shí),應(yīng)使VC(max )不高于被保護(hù)器件的最大允許安全電壓。 最大箝位電壓與擊穿電壓之比稱為箝為系數(shù)。 即:箝位系數(shù)=VC(max )/VBR 一般箝位系數(shù)為1.3左右。 Cj:TVS diodeJunction Capacitance (瞬態(tài)二極管的電容值) TVS的電容由硅片

7、的面積和偏置電壓來決定,電容在零偏情況下,隨偏置電壓的增加,該電容值呈下降趨勢(shì)。電容的大小會(huì)影響TVS器件的響應(yīng)時(shí)間。 瞬態(tài)電壓抑制二極管的電容值越大對(duì)電路的干擾越大, 形成噪音越大或衰減訊號(hào)強(qiáng)度越大, 對(duì)于數(shù)據(jù)/訊號(hào)頻率越高的回路,電容值不大于10pF。 IPP:最大的峰值脈沖電流。在反向工作時(shí),在規(guī)定的脈沖條件下,器件允許通過的最大脈沖峰值電流。 PPR:反向脈沖峰值功率。 TVS的PPR取決于脈沖峰值電流IPP和最大箝位電壓VC(max ),除此以外,還和脈沖波形、脈沖時(shí)間及環(huán)境溫度有關(guān)。8.TVS選用原則確定被保護(hù)電路的最大直流或連續(xù)工作電壓。 VRWM VMAX工作電壓。 VC VM

8、AX允許安全電壓。 PPR Pmax瞬態(tài)浪涌功率。對(duì)于數(shù)據(jù)接口電路的保護(hù)，必須注意選取盡可能小的電容值C的TVS器件。帶A的TVS二極管比不帶A的TVS二極管 的離散性要好,在TVS二極管A前面加C的型號(hào)表示雙向TVS二極管。直流保護(hù)一般選用單向TVS二極管,交流保護(hù)一般選用雙向TVS二極管,多路保護(hù)選用TVS陣列器件,大功率保護(hù)選用TVS專用保護(hù)模塊。特殊情況,如:RS-485和RS-232保護(hù)可選用雙向TVS二極管或TVS陣列。 TVS二極管可以在-55到+150之間工作,如果需要TVS在一個(gè)變化的溫度下工作,由于其反向漏電流ID是隨溫度的增加而增大;功耗隨TVS結(jié)溫度增加而下降,故在選用

9、TVS時(shí)應(yīng)考慮溫度變化對(duì)其特性的影響。 TVS二極管可以串/并應(yīng)用，串行連接分電壓,并行連接分電流。8. 檢測(cè)二極管的方法用萬用表R×1k擋測(cè)量管子的好壞對(duì)單極型的TVS,按照測(cè)量平凡二極體的方法,可測(cè)出其正、反向電阻，一般正向電阻為4k5左右,反向電阻為無限大 。 對(duì)雙向極型的TVS,任意調(diào)換紅、黑表筆測(cè)量其兩引腳間的電阻值均應(yīng)為無限大,否則,申明管子機(jī)能不良或已經(jīng)損壞。 9. TVS在電路應(yīng)用中的典型例子:直流電中選用舉例:整機(jī)直流工作電壓12V,最大允許安全電壓25V（峰值）,浪涌源的阻抗50M,其干擾波形為方波,TP=1MS,最大峰值電流50A。1、由于 工作電壓12V,選取最大反向工作電壓VRWM為13V,則擊穿電壓: 2、從擊穿電壓值選取最大箝位電壓3、再?gòu)捏槲浑妷篤C和最在峰值電流IP計(jì)算出方波脈沖功率:4、計(jì)算折合為TP=1MS指數(shù)波的峰值功率,折合系數(shù) 從手冊(cè)中可查到1N6147A其中PPR=1500W,變位電壓VRWM=12.2V,擊穿電壓VBR=15.2V,最大箝位電壓VC=22.3V,最大浪涌電流IP=67.3A。可滿足上述設(shè)計(jì)要求,而且留有一倍的余量,不論方波還是指數(shù)波都適用。交流電路應(yīng)用舉例： 直流線路采用單向瞬變電壓抑制二極管,交流則必須采用雙向瞬變電壓