Δίοδος Zener - τι είναι και σε τι χρησιμεύει;

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-02 13:52

Η δίοδος zener είναι μια δίοδος ημιαγωγών με μοναδικές ιδιότητες. Εάν ένας συνηθισμένος ημιαγωγός είναι μονωτής όταν ενεργοποιείται ξανά, τότε εκτελεί αυτή τη λειτουργία μέχρι μια ορισμένη αύξηση της εφαρμοζόμενης τάσης, μετά την οποία εμφανίζεται μια αναστρέψιμη βλάβη σαν χιονοστιβάδα. Με μια περαιτέρω αύξηση του αντίστροφου ρεύματος που διαρρέει τη δίοδο zener, η τάση συνεχίζει να παραμένει σταθερή λόγω μιας αναλογικής μείωσης της αντίστασης. Με αυτόν τον τρόπο, είναι δυνατό να επιτευχθεί η λειτουργία σταθεροποίησης.

Σε κλειστή κατάσταση, ένα μικρό ρεύμα διαρροής διέρχεται πρώτα από τη δίοδο zener. Το στοιχείο συμπεριφέρεται σαν αντίσταση, η τιμή αντίστασης του οποίου είναι μεγάλη. Κατά τη διάσπαση, η αντίσταση της διόδου zener γίνεται αμελητέα. Αν συνεχίσουμε να αυξάνουμε την τάση στην είσοδο, το στοιχείο αρχίζει να θερμαίνεται και όταν το ρεύμα ξεπεράσει την επιτρεπόμενη τιμή, μια μη αναστρέψιμηθερμική διάσπαση. Εάν το θέμα δεν τεθεί σε αυτό, όταν η τάση μεταβάλλεται από το μηδέν στο ανώτερο όριο της περιοχής εργασίας, οι ιδιότητες της διόδου zener διατηρούνται.

Όταν μια δίοδος zener είναι απευθείας ενεργοποιημένη, τα χαρακτηριστικά είναι ίδια με μια δίοδο. Όταν το συν συνδέεται με την περιοχή p και το μείον συνδέεται με την περιοχή n, η αντίσταση μετάβασης είναι μικρή και το ρεύμα ρέει ελεύθερα μέσα από αυτήν. Αυξάνεται καθώς αυξάνεται η τάση εισόδου.

Μια δίοδος zener είναι μια ειδική δίοδος που συνδέεται κυρίως προς την αντίθετη κατεύθυνση. Το στοιχείο είναι πρώτο στην κλειστή κατάσταση. Σε περίπτωση ηλεκτρικής βλάβης, η τάση ζένερ τη διατηρεί σταθερή σε μεγάλο εύρος ρεύματος.

Ένα μείον εφαρμόζεται στην άνοδο και ένα συν στην κάθοδο. Πέρα από τη σταθεροποίηση (κάτω από το σημείο 2), εμφανίζεται υπερθέρμανση και η πιθανότητα αστοχίας στοιχείου αυξάνεται.

Λειτουργίες

Οι παράμετροι Zener είναι οι εξής:

• U_st - τάση σταθεροποίησης στο ονομαστικό ρεύμα I_st;
• I_{st λεπτό - ελάχιστο ρεύμα έναρξης ηλεκτρικής βλάβης;}
• I_{st max - μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα;}
• TKN - συντελεστής θερμοκρασίας.

Σε αντίθεση με μια συμβατική δίοδο, μια δίοδος zener είναι μια συσκευή ημιαγωγών στην οποία οι περιοχές ηλεκτρικής και θερμικής διάσπασης απέχουν αρκετά μεταξύ τους ως προς το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης.

Συσχετίζεται με το μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα είναι μια παράμετρος που προσδιορίζεται συχνά στοπίνακες - κατανάλωση ενέργειας:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

Η εξάρτηση από τη θερμοκρασία της διόδου zener μπορεί να είναι είτε θετική είτε αρνητική. Συνδέοντας στοιχεία σε σειρά με συντελεστές διαφορετικών σημάτων, δημιουργούνται δίοδοι zener ακριβείας που δεν εξαρτώνται από θέρμανση ή ψύξη.

Σχήματα συμπερίληψης

Τυπικό κύκλωμα απλού σταθεροποιητή, αποτελείται από μια αντίσταση έρματος R_{b και μια δίοδο zener που εκτρέπει το φορτίο.}

Σε ορισμένες περιπτώσεις, υπάρχει παραβίαση της σταθεροποίησης.

1. Υποβολή στον σταθεροποιητή μεγάλης τάσης από την πηγή ισχύος με την παρουσία πυκνωτή φιλτραρίσματος στην έξοδο. Οι υπερτάσεις ρεύματος κατά τη φόρτισή της μπορεί να προκαλέσουν αστοχία της διόδου zener ή καταστροφή της αντίστασης R_b.
2. Φόρτωση τερματισμού λειτουργίας. Όταν εφαρμόζεται η μέγιστη τάση στην είσοδο, το ρεύμα της διόδου zener μπορεί να υπερβεί το επιτρεπόμενο, γεγονός που θα οδηγήσει σε θέρμανση και καταστροφή της. Εδώ είναι σημαντικό να τηρείτε την περιοχή ασφαλούς διαβατηρίου εργασίας.
3. Αντίσταση R_{b επιλέγεται μικρή έτσι ώστε στην ελάχιστη δυνατή τάση τροφοδοσίας και στο μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα στο φορτίο, η δίοδος zener να βρίσκεται στη ζώνη ρύθμισης εργασίας.}

Τυρίστορ κυκλώματα προστασίας ή ασφάλειες χρησιμοποιούνται για την προστασία του σταθεροποιητή.

Αντίσταση R_{b υπολογίζεται με τον τύπο:}

R_b=(U_pit - U_nom)(Ist _{+ I}n_).

ΤρέχονΗ δίοδος zener I_st επιλέγεται μεταξύ της επιτρεπόμενης μέγιστης και ελάχιστης τιμής, ανάλογα με την τάση εισόδου U_pit και το ρεύμα φορτίου I _n.

Επιλογή Zener

Τα στοιχεία έχουν μεγάλη εξάπλωση στην τάση σταθεροποίησης. Για να λάβετε την ακριβή τιμή του U_{n, επιλέγονται δίοδοι zener από την ίδια παρτίδα. Υπάρχουν τύποι με μικρότερο εύρος παραμέτρων. Με υψηλή απαγωγή ισχύος, τα στοιχεία τοποθετούνται σε καλοριφέρ.}

Για τον υπολογισμό των παραμέτρων της διόδου zener, απαιτούνται αρχικά δεδομένα, για παράδειγμα, τα εξής:

• U_{pit=12-15 V - τάση εισόδου;}
• U_{st=9 V - σταθεροποιημένη τάση;}
• R_{n=50-100 mA - φορτίο.}

Οι παράμετροι είναι τυπικές για συσκευές με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.

Για ελάχιστη τάση εισόδου 12 V, το ρεύμα στο φορτίο επιλέγεται στο μέγιστο - 100 mA. Σύμφωνα με το νόμο του Ohm, μπορείτε να βρείτε το συνολικό φορτίο του κυκλώματος:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 Ohm.}

Στη δίοδο zener, η πτώση τάσης είναι 9 V. Για ρεύμα 0,1 A, το ισοδύναμο φορτίο θα είναι:

R_{eq=9 V / 0,1 A=90 Ohm.}

Τώρα μπορείτε να προσδιορίσετε την αντίσταση του έρματος:

R_{b=120 Ohm - 90 Ohm=30 Ohm.}

Επιλέγεται από την τυπική σειρά, όπου η τιμή είναι ίδια με την υπολογιζόμενη.

Το μέγιστο ρεύμα μέσω της διόδου zener προσδιορίζεται λαμβάνοντας υπόψη την αποσύνδεση του φορτίου έτσι ώστε να μην αποτύχει εάν κάποιο καλώδιο δεν συγκολληθεί. Η πτώση τάσης στην αντίσταση θα είναι:

U_{R=15 - 9=6 B.}

Στη συνέχεια προσδιορίζεται το ρεύμα που διέρχεται από την αντίσταση:

I_{R=6/30=0, 2 A.}

Δεδομένου ότι η δίοδος zener είναι συνδεδεμένη σε σειρά με αυτήν, I_c=I_{R=0,2 A.}

Η διασπορά ισχύος θα είναι P=0,2∙9=1,8 W.

Σύμφωνα με τις παραμέτρους που ελήφθησαν, επιλέγεται μια κατάλληλη δίοδος Zener D815V.

Συμμετρική δίοδος zener

Το θυρίστορ συμμετρικής διόδου είναι μια συσκευή μεταγωγής που μεταφέρει εναλλασσόμενο ρεύμα. Ένα χαρακτηριστικό της δουλειάς του είναι η πτώση τάσης έως και πολλών βολτ όταν είναι ενεργοποιημένη στην περιοχή 30-50 V. Μπορεί να αντικατασταθεί από δύο αντίθετα συνδεδεμένες συμβατικές διόδους zener. Οι συσκευές χρησιμοποιούνται ως στοιχεία μεταγωγής.

Ανάλογο μιας διόδου zener

Όταν δεν είναι δυνατό να βρεθεί ένα κατάλληλο στοιχείο, χρησιμοποιούν ένα ανάλογο μιας διόδου zener σε τρανζίστορ. Το πλεονέκτημά τους είναι η δυνατότητα ρύθμισης τάσης. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ενισχυτές DC πολλαπλών σταδίων για αυτό.

Ένας διαιρέτης τάσης με μια αντίσταση κοπής R1 είναι εγκατεστημένος στην είσοδο. Εάν η τάση εισόδου αυξάνεται, με βάση το τρανζίστορ VT1 αυξάνεται επίσης. Ταυτόχρονα, το ρεύμα μέσω του τρανζίστορ VT2 αυξάνεται, το οποίο αντισταθμίζει την αύξηση της τάσης, διατηρώντας έτσι σταθερό στην έξοδο.

Σήμανση διόδων zener

Παράγονται γυάλινες δίοδοι zener και δίοδοι zener σε πλαστικές θήκες. Στην πρώτη περίπτωση, εφαρμόζονται σε αυτούς 2 αριθμοί, μεταξύ των οποίων βρίσκεται το γράμμα V. Η επιγραφή 9V1 σημαίνει ότιU_{st=9, 1 V.}

Στην πλαστική θήκη, οι επιγραφές αποκρυπτογραφούνται χρησιμοποιώντας ένα φύλλο δεδομένων, όπου μπορείτε επίσης να μάθετε άλλες παραμέτρους.

Ο σκούρος δακτύλιος στη θήκη υποδεικνύει την κάθοδο στην οποία είναι συνδεδεμένο το συν.

Συμπέρασμα

Η δίοδος zener είναι μια δίοδος με ειδικές ιδιότητες. Το πλεονέκτημα των διόδων zener είναι το υψηλό επίπεδο σταθεροποίησης τάσης με ένα ευρύ φάσμα μεταβολών του ρεύματος λειτουργίας, καθώς και απλά σχήματα σύνδεσης. Για να σταθεροποιηθεί μια μικρή τάση, οι συσκευές ενεργοποιούνται προς τα εμπρός και αρχίζουν να λειτουργούν όπως οι συνηθισμένες δίοδοι.