ADALM2000：齊納二極體穩壓器
作者：ADI 顧問研究員Doug Mercer 及系統應用工程師Antoniu Miclaus
目的
穩壓器是一種讓負載上的輸出電壓可以保持恆定，而不會隨負載電流變化的電路。例如，負載可以是微控制器系統，而這就要求電源電壓保持恆定，即使其電流會隨著系統活動的變化而變化亦是如此。圖1所顯示的齊納二極體穩壓器提供了一種非常簡單的方法，來將負載電壓VL保持與齊納二極體的反向擊穿電壓至相同的值，其只要負載電阻RL保持在高於某一下限。電壓源VIN和電阻RS透過戴維寧(Thévenin)等效電路模擬了輸入電路特性，例如，將一個高電壓（如120 V交流電源）轉換為未經調節和濾波的較低直流電壓源。
材料準備
- ADALM2000 主動學習模組
- 無焊麵包板
- 1個1 kΩ電阻(RS)
- 1個5 kΩ可變電阻、電位計(RL)
- 1個齊納二極體（1N4735或類似產品）
指導:
使用1N4735 6.2 V齊納二極體在無焊麵包板上構建圖1所示電路。使用AWG1（5 V恆定）和–5 V Vn用戶電源作為直流電源VIN。RL使用各種固定和可變電阻。
程序
步驟1
對於下列值的RL，使用Scopy電壓表(Scopy Voltmeter )測量VL以監視並報告負載電壓VL：
- 開路（請參見圖3）
- 10 kΩ（請參見圖4）
- 1 kΩ（請參見圖5）
- 100 Ω（請參見圖6）
步驟2
透過以5 kΩ電位計來替換負載RL，並調節電位計，以確定VL保持在齊納電壓VZ的10%以內的RL的最小值。測量並報告設置的電位計電阻。該阻值與RS的值有何關係？
進一步探索
透過步驟2所述的操作，利用示波器通道2測量RS中的電流，並在示波器XY模式下繪製齊納二極體兩端電壓與電流的關係圖，研究齊納二極體的電流/電壓特性曲線。務必調整水平電壓範圍和偏移，以將6.2 V擊穿電壓包括在內。討論您的結果，尤其要討論齊納二極體與常規二極體的相似和不同之處。
驅動更大負載電流
正如我們在圖1的簡單齊納二極體穩壓器中看到的，最大負載電流是由電阻RS決定。另外，相對於最大電流，該電路在較小負載電流下的效率非常低，因為當負載中的電流較小時，額外電流會流入齊納二極體。相對於如圖2所示的穩壓電路，增加一個射極跟隨器或達林頓( Darlington)射極跟隨電流放大器可以大大提高穩壓電路的效率。
附加材料
- 兩個NPN電晶體（2N3904和TIP31）
- 兩個小訊號二極體（1N914或類似元件）
指導:
D1使用1N4735 6.2 V齊納二極體，Q1使用2N3904或TIP31功率電晶體，在無焊麵包板上構建圖7所示的任一電路。Q2可以是2N3904，D2、D3可以是1N914。
增加二極體D2與齊納二極體串聯，用以部分抵消射極跟隨器Q1引起的額外VBE壓降。類似地，在達林頓配置中添加兩個二極體（D2、D3），同樣用來部分抵消達林頓跟隨器的兩個VBE壓降。
問題
使用圖1所示電路，計算VL值等於齊納電壓VZ 20%時的電阻RL。
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