为什么我们在齐纳二极管之前连接一个电阻?

电器工程 齐纳
2022-01-04 07:15:27

为什么我们在齐纳二极管电路中需要一个电阻器,如下图所示?

齐纳电路

我知道这是为了限制电流,但如何做到这一点,为什么我们需要一个齐纳二极管呢?

选择不同阻值的电阻会影响电路性能吗?因此,当我们选择齐纳二极管时,我们会查看可以流过它们的不同反向电流的规格。但是如果可以通过电阻改变这些,我们可以选择任何一个电压的齐纳二极管,而不考虑最大电流吗?

4个回答

与其去“无电阻器”,不如考虑如果我们只使用不同(较低)值的电阻器并查看模式会发生什么。当我们减小电阻值时,通过齐纳二极管的电流会上升。即使电压源不完美,齐纳二极管消耗的功率也会导致它因过热而失效。

在此处输入图像描述

根据 KVL 和欧姆定律,通过电阻器的电流为:

\$\dfrac{V_{IN} - V_Z}{R_S}\$

这是通过齐纳二极管的最大电流,因此选择 \$R_S\$ 以将通过二极管的电流限制在某个值,以使二极管消耗的最大功率低于最大额定功率。

例如,如果齐纳二极管是 12V、1W 器件,我们希望最大齐纳电流小于 \$\dfrac{1}{12}A \$。


从评论到另一个答案:

我们可以在不考虑最大电流的情况下选择任何电压齐纳二极管吗?

Jim 和我的回答的重点是强调与齐纳二极管相关的功耗。

由于我们的答案在这方面显然不够充分,请考虑以下齐纳二极管数据表的摘录:

在此处输入图像描述

注意第一个条目是绝对最大功耗在这种情况下,\$P_D = 500mW\$。

因此,如果您从该系列中选择齐纳电压为 \$V_Z \$ 的齐纳二极管,则必须选择一个电阻器来限制最大电流(可能相当大)小于

\$I_{Z_{最大}} < \dfrac{P_D}{V_Z}\$

例如,如果您选择标称 \$V_Z = 5.1V\$ 的 1N5231B,则必须选择一个电阻器,使得

\$I_{Z_{max}} < \dfrac{0.5W}{5.1V} = 98 mA \$

电源和齐纳二极管都不是理想的。电源具有非常低的输出阻抗,齐纳二极管具有非零阻抗。如果没有串联电阻,这意味着:

  1. 齐纳二极管电流会非常高
  2. 由于其内部电阻,齐纳二极管两端的电压将高于规定值
  3. 由于可能流过的大电流,功率耗散 (\$P_{dissipated}=V_{zener}×I_{zener}\$) 会很大。您的平均齐纳二极管的额定功率为 400 mW 或 500 mW。

使用齐纳二极管的目的是什么?简短的回答:提供一个对负载变化不太敏感的电压 Vz(低动态输出电阻) - 并且可以从另一个电压源 Vo 获得,该电压源更大和/或随时间变化太大。

记住 KVL,我们需要一个可以产生Vo-Vz差异 的部件。与齐纳二极管串联的电阻器用于此目的