Puolijohdediodilla on monia "ammatteja". Se voi tasata jännitteen, irrottaa sähköpiirejä, suojata laitteita väärältä virtalähteeltä. Mutta on olemassa epätavallinen diodin "työ", kun sen yksisuuntaista johtavuutta käytetään hyvin epäsuorasti. Puolijohdelaitetta, jonka normaalitila on käänteinen bias, kutsutaan zener-diodiksi.
Sisältö
Mikä on zener-diodi, missä sitä käytetään ja mitkä ovat
Zener-diodi tai Zener-diodi (nimetty amerikkalaisen tiedemiehen mukaan, joka tutki ja kuvasi ensimmäisenä tämän puolijohdelaitteen ominaisuuksia) on tavanomainen diodi, jossa on p-n-liitos.Sen ominaisuus on työskentely ominaisuuden osassa, jossa on negatiivinen bias, eli kun jännite syötetään käänteisessä polariteetissa. Tällaista diodia käytetään itsenäisenä stabilisaattorina, joka ylläpitää kuluttajan jännitteen vakiona kuormitusvirran muutoksista ja tulojännitteen vaihteluista riippumatta. Zener-diodien solmuja käytetään myös vertailujännitteen lähteinä muille stabilaattoreille, joilla on kehitetty piiri. Harvemmin käänteisdiodia käytetään pulssin muotoiluelementtinä tai ylijännitesuojana.
On olemassa tavanomaisia zener-diodeja ja kaksianodisia. Kahden anodin zener-diodi on kaksi diodia, jotka on kytketty takaisin yhteen koteloon. Se voidaan korvata kahdella erillisellä laitteella, mukaan lukien ne sopivan kaavion mukaisesti.
Zener-diodin voltti-ampeeriominaisuus ja sen toimintaperiaate
Zener-diodin toimintaperiaatteen ymmärtämiseksi on tarpeen tutkia sen tyypillinen virta-jänniteominaisuus (CVC).
Jos zeneriin syötetään jännite eteenpäin, kuten tavanomaiseen diodiin, se käyttäytyy kuin perinteinen diodi. Noin 0,6 V:n jännitteellä (piilaitteelle) se avautuu ja tulee I–V-ominaiskäyrän lineaariosaan. Artikkelin aiheessa zener-diodin käyttäytyminen on mielenkiintoisempaa, kun käytetään käänteisen napaisuuden jännitettä (ominaisuuden negatiivinen haara). Ensinnäkin sen vastus kasvaa jyrkästi ja laite lopettaa virran kulkemisen. Mutta kun tietty jännitearvo saavutetaan, tapahtuu jyrkkä virran kasvu, jota kutsutaan hajoamiseksi. Sillä on lumivyöryluonne, ja se katoaa, kun virta katkeaa.Jos jatkat käänteisen jännitteen lisäämistä, p-n-liitos alkaa lämmetä ja siirtyy lämpöhäiriötilaan. Lämpöhäiriö on peruuttamaton ja tarkoittaa zener-diodin vikaa, joten sinun ei pitäisi laittaa diodia tähän tilaan.
Mielenkiintoinen puolijohdelaitteen toiminta-alue lumivyörytilassa. Sen muoto on lähellä lineaarista ja sen jyrkkyys on korkea. Tämä tarkoittaa, että suurella virran muutoksella (ΔI) jännitehäviön muutos zener-diodin yli on suhteellisen pieni (ΔU). Ja tämä on vakauttamista.
Tämä käyttäytyminen käytettäessä käänteistä jännitettä on tyypillistä mille tahansa diodille. Zener-diodin erikoisuus on kuitenkin se, että sen parametrit tässä CVC:n osassa normalisoidaan. Sen stabilointijännite ja kaltevuus on annettu (tietyllä hajallaan) ja ovat tärkeitä parametreja, jotka määrittävät laitteen sopivuuden piiriin. Löydät ne hakuteoksista. Tavallisia diodeja voidaan käyttää myös zener-diodeina - jos poistat niiden CVC: n ja niiden joukossa on sopiva ominaisuus. Mutta tämä on pitkä, työläs prosessi, jonka tulosta ei voida taata.
Zener-diodin tärkeimmät ominaisuudet
Zener-diodin valitsemiseksi olemassa oleviin tarkoituksiin sinun on tiedettävä useita tärkeitä parametreja. Nämä ominaisuudet määräävät valitun laitteen soveltuvuuden tehtävien ratkaisemiseen.
Nimellinen stabilointijännite
Zenerin ensimmäinen parametri, johon sinun on kiinnitettävä huomiota valittaessa, on stabilointijännite, joka määräytyy lumivyöryn alkamispisteen mukaan. Se alkaa piirissä käytettävän laitteen valinnalla.Erilaisissa tavallisissa zener-diodeissa, jopa saman tyyppisissä, jännitteen hajaantuminen on useita prosentteja, tarkkuusdiodeissa ero on pienempi. Jos nimellisjännite on tuntematon, se voidaan määrittää kokoamalla yksinkertainen piiri. Sinun tulisi valmistautua:
- painolastivastus 1 ... 3 kOhm;
- säädettävä jännitelähde;
- volttimittari (voit käyttää testeria).
On tarpeen nostaa virtalähteen jännite nollasta ohjaamalla jännitteen kasvua zener-diodissa volttimittarilla. Jossain vaiheessa se pysähtyy huolimatta tulojännitteen lisääntymisestä. Tämä on todellinen stabilointijännite. Jos säädeltyä lähdettä ei ole, voit käyttää virtalähdettä, jonka vakiolähtöjännite on selvästi korkeampi kuin Ustabilization. Mittauskaava ja -periaate pysyvät ennallaan. Mutta on olemassa vaara, että puolijohdelaite rikkoutuu ylimääräisen käyttövirran vuoksi.
Zener-diodeja käytetään toimimaan jännitteillä 2 ... 3 V - 200 V. Tämän alueen alapuolella olevan vakaan jännitteen muodostamiseksi käytetään muita laitteita - CVC:n suorassa osassa toimivia stabistoreita.
Käyttövirran alue
Virta, jolla zener-diodit suorittavat tehtävänsä, on rajoitettu ylhäältä ja alhaalta. Alhaalta sitä rajoittaa CVC:n käänteisen haaran lineaarisen osan alku. Pienemmillä virroilla ominaisuus ei tarjoa vakiojännitetilaa.
Ylempää arvoa rajoittaa puolijohdelaitteen suurin tehohäviö ja riippuu sen suunnittelusta. Metallikotelossa olevat Zener-diodit on suunniteltu lisäämään virtaa, mutta älä unohda jäähdytyselementtien käyttöä.Ilman niitä suurin sallittu hajoamisteho on huomattavasti pienempi.
Differentiaalinen vastus
Toinen Zener-diodin toiminnan määräävä parametri on erovastus Rst. Se määritellään jännitteen muutoksen ΔU suhteeksi sen aiheuttaneeseen virranmuutokseen ΔI. Tällä arvolla on resistanssimitta ja se mitataan ohmeina. Graafisesti tämä on ominaisuuden työskentelyosan kaltevuuden tangentti. On selvää, että mitä pienempi vastus, sitä parempi stabilointilaatu. Ihanteelliselle (ei käytännössä olemassa olevalle) zener-diodille Rst on yhtä suuri kuin nolla - virran lisäys ei aiheuta muutosta jännitteessä, ja I–V-ominaisalue on yhdensuuntainen y-akselin kanssa.
Zener-diodimerkintä
Kotimaiset ja tuodut zener-diodit metallikotelossa on merkitty yksinkertaisesti ja selkeästi. Niihin on merkitty laitteen nimi sekä anodin ja katodin sijainti kaavamaisen merkinnän muodossa.
Muovikotelossa olevat laitteet on merkitty erivärisillä renkailla ja pisteillä katodin ja anodin puolella. Värin ja merkkiyhdistelmän perusteella voit määrittää laitteen tyypin, mutta tätä varten sinun on tutkittava hakuteoksia tai käytettävä laskinohjelmia. Molemmat löytyvät Internetistä.
Joskus pienitehoisiin zener-diodeihin sovelletaan stabilointijännitettä.
Zener-diodikytkentäpiirit
Zener-diodin päälle kytkemisen pääpiiri on sarjassa vastus, joka asettaa virran puolijohdelaitteen läpi ja ottaa ylijännitteen. Kaksi elementtiä tekevät yhteinen jakaja. Kun tulojännite muuttuu, pudotus zener-diodin yli pysyy vakiona, kun taas pudotus vastuksen yli muuttuu.
Tällaista piiriä voidaan käyttää itsenäisesti ja sitä kutsutaan parametriseksi stabilisaattoriksi. Se säilyttää jännitteen kuormituksella vakiona huolimatta tulojännitteen tai käytetyn virran vaihteluista (tietyissä rajoissa). Vastaavaa lohkoa käytetään myös apupiirinä, jossa tarvitaan referenssijännitelähde.
Tällaista sisällytystä käytetään myös herkkien laitteiden (antureiden jne.) suojaamiseen teho- tai mittausjohdon epänormaalilta korkean jännitteen esiintymiseltä (vakio- tai satunnaiset impulssit). Kaikki, mikä ylittää puolijohdelaitteen stabilointijännitteen, "katkaistaan pois". Tällaista järjestelmää kutsutaan "Zenerin esteeksi".
Aiemmin zener-diodin ominaisuutta "katkaista" jännitehuiput käytettiin laajalti pulssinmuotoilupiireissä. Vaihtovirtapiireissä käytettiin kaksianodilaitteita.
Mutta transistoritekniikan kehityksen ja integroitujen piirien myötä tätä periaatetta käytettiin harvoin.
Jos halutulle jännitteelle ei ole saatavilla Zener-diodia, se voidaan muodostaa kahdesta. Stabiloinnin kokonaisjännite on yhtä suuri kuin näiden kahden jännitteen summa.
Tärkeä! Älä kytke zener-diodeja rinnan lisätäksesi käyttövirtaa! Virta-jännite-ominaisuuksien leviäminen johtaa yhden zener-diodin ulostuloon termisen hajoamisen vyöhykkeelle, sitten toinen epäonnistuu kuormitusvirran ylityksen vuoksi.
Vaikka Neuvostoliiton aikojen teknisessä dokumentaatiossa se on sallittua rinnakkain sisällyttäminen zenerit rinnakkain, mutta sillä edellytyksellä, että laitteiden on oltava samaa tyyppiä ja todellinen kokonaishäviöteho käytön aikana ei saa ylittää yhden zener-diodin sallittua. Toisin sanoen käyttövirran lisäystä ei voida saavuttaa tässä tilanteessa.
Sallitun kuormitusvirran lisäämiseksi käytetään toista järjestelmää. Parametrista stabilaattoria täydennetään transistorilla ja emitteriseuraaja saadaan emitteripiirin kuormalla ja vakaalla transistorin kantajännite.
Tässä tapauksessa stabilisaattorin lähtöjännite on pienempi kuin Ustabilointi jännitehäviön määrällä emitteriliitoksessa - piitransistorille noin 0,6 V. Tämän laskun kompensoimiseksi voit kytkeä diodin päälle sarjaan Zener-diodi eteenpäin.
Tällä tavalla (kytkemällä päälle yksi tai useampi diodi) voit säätää stabilisaattorin lähtöjännitettä ylöspäin pienellä alueella. Jos haluat suurentaa Uout-arvoa radikaalisti, on parempi kytkeä päälle vielä yksi zener-diodi sarjassa.
Zener-diodin käyttöalue elektronisissa piireissä on laaja. Tietoisella lähestymistavalla valintaan tämä puolijohdelaite auttaa ratkaisemaan monia kehittäjälle osoitettuja ongelmia.
Samanlaisia artikkeleita:
