Zener diode

Uvod

Diode su općenito poznate kao uređaj koji omogućuje protok struje u jednom smjeru (prema naprijed) i pruža otpor protoku struje kada se koristi u obrnutom prednaponu. Zener dioda (nazvana po američkom znanstveniku C. Zeneru koji je prvi objasnio njezine operativne principe) s druge strane, ne samo da dopušta protok struje kada se koristi u prednjem predrasudu, već dopušta i protok struje kada se koristi u obrnutom prednaponu do sada je primijenjeni napon iznad napona proboja poznat kao Zener-ov napon proboja. Ili drugim riječima, napon proboja je napon na kojem Zener dioda počinje provoditi u obrnutom smjeru.

Princip rada Zener diode:

U normalnim diodama napon proboja je vrlo visok i dioda se potpuno ošteti ako se primijeni napon iznad probojne diode, ali u Zener diodama napon proboja nije toliko visok i ne dovodi do trajnog oštećenja zenerove diode ako primjenjuje se napon.

Kako se obrnuti napon primijenjen na Zener-diodu povećava prema zadanom naponu proboja (Vz), kroz diodu počinje prolaziti struja i ta je struja poznata kao Zener-ova struja, a ovaj postupak poznat je kao proboj lavine . Struja se povećava na maksimum i stabilizira. Ova struja ostaje konstantna u širem rasponu primijenjenog napona i omogućava Zener-diodi izdržati veći napon bez oštećenja. Ovu struju određuje serijski otpornik.

Razmotrite donje slike normalne diode u akciji.

Da biste prikazali rad zener diode, razmotrite dva eksperimenta (A i B) u nastavku.

U eksperimentu A, 12V zener dioda spojena je obrnuto pristrano, kao što je prikazano na slici i može se vidjeti da je zener dioda učinkovito blokirala napon jer je bio manji / jednak naponu proboja određene zener diode i svjetiljke tako ostao podalje.

U eksperimentu B, korištena zener dioda od 6v provodi (žarulja se uključuje) obrnuto pristrano, jer je primijenjeni napon veći od napona proboja i time pokazuje da je područje proboja područje rada zene diode.

Struja napona karakteristika krivulja Zener dioda je prikazan ispod.

Iz grafikona se može zaključiti da će cener dioda koja radi u načinu obrnutog prednapona imati prilično konstantan napon bez obzira na količinu dovedene struje.

Primjena Zener diode:

Zener diode se koriste u tri glavne primjene u elektroničkim sklopovima;

1. Regulacija napona

2. Klizač valnog oblika

3. Mjenjač napona

1. Zener dioda kao regulator napona

Ovo je vjerojatno najčešća primjena zener dioda.

Ova se primjena zener dioda u velikoj mjeri oslanja na sposobnost zener dioda da održavaju konstantan napon bez obzira na promjene u napajanju ili struji opterećenja. Opća funkcija uređaja za regulaciju napona je pružiti konstantni izlazni napon opterećenju paralelno spojenom bez obzira na varijacije u energiji koju vuče opterećenje (struja opterećenja) ili varijacije i nestabilnost opskrbnog napona.

Zener dioda će osigurati stalni napon pod uvjetom da struja ostaje u rasponu maksimalne i minimalne reverzne struje.

Shema spoja koja prikazuje Zener diodu koja se koristi kao regulator napona prikazana je u nastavku.

Otpornik R1 povezan je u seriju sa zener diodom kako bi se ograničila količina struje koja prolazi kroz diodu, a ulazni napon Vin (koji mora biti veći od zener napona) spojen je preko, kao što je prikazano na slici, a izlazni napon Vout, uzima se preko cener diode s Vout = Vz (Zener napon). Budući da su karakteristike obrnutog prednapona Zener diode potrebne za regulaciju napona, ona je spojena u obrnutom načinu prednapona, s tim da je katoda spojena na pozitivnu tračnicu kruga.

Pri odabiru vrijednosti otpornika R1 mora biti oprezan jer će otpor male vrijednosti rezultirati velikom diodnom strujom kad je priključeno opterećenje, a to će povećati zahtjev za disipacijom snage diode koji bi mogao postati veći od maksimalne snage zener i mogao bi ga oštetiti.

Vrijednost otpora koji se koristi može se odrediti pomoću donje formule.

R ₁ = (V _u - V _Z) / I _Z gdje; R1 je vrijednost serijskog otpora. Vin je ulazni napon. Vz koji je jednak Vout je zenerov napon, a Iz je zenerova struja.

Korištenjem ove formule postaje lako osigurati da vrijednost odabranog otpornika ne dovede do struje veće od one koju zener može podnijeti.

Jedan mali problem s regulatornim krugovima temeljenim na Zener diodama je taj što Zener ponekad stvara električnu buku na dovodnoj tračnici dok pokušava regulirati ulazni napon. Iako to možda ne predstavlja problem za većinu aplikacija, ovaj problem može se riješiti dodavanjem kondenzatora za odvajanje velike vrijednosti preko diode. To pomaže stabilizirati izlaz cijenera.

2. Zener dioda u obliku valnog rezača

Jedna od primjena normalnih dioda je u primjeni sklopnih i steznih krugova koji su krugovi koji se koriste za oblikovanje ili modificiranje ulaznog izmjeničnog oblika ili signala izmjenične struje, proizvodeći različito oblikovani izlazni signal, ovisno o specifikacijama škare ili stezaljke.

Općenito su sklopovi za šišanje sklopovi koji se koriste kako bi se spriječilo da izlazni signal kruga prijeđe unaprijed zadanu vrijednost napona bez mijenjanja bilo kojeg drugog dijela ulaznog signala ili valnog oblika.

Ti se krugovi zajedno sa stezaljkama široko koriste u analognim televizijskim i FM radio odašiljačima za uklanjanje smetnji (stezni krugovi) i ograničavanje vršnih vrijednosti buke odsijecanjem visokih vrhova.

Budući da se Zener diode uglavnom ponašaju poput normalnih dioda kada primijenjeni napon nije jednak naponu proboja, one se tako koriste i u strujnim krugovima.

Strujni krugovi mogu biti dizajnirani za isjecanje signala bilo u pozitivnom, negativnom ili u oba područja. Iako će se dioda prirodno odsjeći od druge regije na 0,7 V, bez obzira je li dizajnirana kao pozitivna ili negativna klipsa.

Na primjer, razmotrite donji krug.

Sklop za rezanje dizajniran je za isjecanje izlaznog signala na 6,2 v, pa je korištena zener dioda od 6,2 v. Zener dioda sprječava izlazni signal da pređe zener napon bez obzira na ulazni valni oblik. Za ovaj konkretni primjer upotrijebljen je ulazni napon od 20v, a izlazni napon na pozitivnom zamahu bio je 6.2v u skladu s naponom zener diode. Tijekom negativnog njihanja izmjeničnog napona, međutim, cener dioda se ponaša baš kao i normalna dioda i prekida izlazni napon na 0,7 V, u skladu s normalnim silikonskim diodama.

Za provedbu sklopnog kruga za negativni zamah izmjeničnog kruga, kao i za pozitivni zamah, na takav način da se napon zakači na različitim razinama na pozitivnom i negativnom zamahu, koristi se dvostruki zener. Dijagram sklopa za dvostruki zenerov odsječni krug prikazan je u nastavku.

U gore navedenom krugu za isjecanje, napon Vz2 predstavlja napon na negativnom zamahu izvora izmjenične struje na kojem se želi presjeći izlazni signal, dok napon Vz1 predstavlja napon na pozitivnom zamahu izvora izmjenične struje na kojem je izlazni napon želi se izrezati.

3. Zener dioda kao mjenjač napona

Mjenjač napona jedna je od najjednostavnijih, ali zanimljivih primjena zener diode. Ako ste imali iskustva posebno s povezivanjem 3.3v senzora na 5V MCU i iz prve ruke vidjeli pogreške u očitanju itd., Koje to može dovesti do njih, cijenit ćete važnost mjenjača napona. Mijenjači napona pomažu u pretvaranju signala iz jednog napona u drugi, a zahvaljujući sposobnosti zener diode da održi stabilan izlazni napon u području proboja, čini ih idealnom komponentom za rad.

U mjenjaču napona na osnovi zener diode, krug smanjuje izlazni napon, za vrijednost jednaku naponu proboja određene zener diode koja se koristi. Dijagram sklopa za mjenjač napona prikazan je u nastavku.

Razmotrite eksperiment u nastavku,

Krug opisuje mjenjač napona na osnovi zener diode. Izlazni napon (3,72 V) kruga daje se oduzimanjem napona proboja (3,3 V) zener diode od ulaznog napona (7 V).

Vout = Vin –Vz

Vout = 7 - 3,3 = 3,7v

Kao što je ranije opisano, mjenjač napona ima nekoliko primjena u suvremenom dizajniranju elektroničkih krugova, jer će inženjer dizajna možda morati raditi s do tri različita naponska nivoa tijekom procesa dizajniranja.

Vrste Zener dioda:

Zener diode su kategorizirane u vrste na temelju nekoliko parametara koji uključuju;

1. Nazivni napon
2. Rasipanje snage
3. Naprijed pogonska struja
4. Prednji napon
5. Vrsta pakiranja
6. Maksimalna reverzna struja

Nazivni napon

Nominalni radni napon zerner diode poznat je i kao probojni napon zene diode, ovisno o primjeni za koju se dioda koristi, to je često najvažniji kriterij za odabir zene diode.

Rasipanje snage

To predstavlja maksimalnu količinu snage koju zener struja može rasipati. Prekoračenje ove ocjene snage dovodi do prekomjernog porasta temperature zener diode što bi je moglo oštetiti i dovesti do otkaza stvari povezane s njim u krugu. Stoga ovaj faktor treba uzeti u obzir pri odabiru diode imajući na umu.

Maksimalna Zener struja

To je maksimalna struja koja se može proći kroz zene diodu pri naponskom položaju bez oštećenja uređaja.

Minimalna Zener struja

To se odnosi na minimalnu struju potrebnu da cener dioda počne raditi u području proboja.

Sve ostale parametre koji služe kao specifikacija za diodu potrebno je u potpunosti razmotriti prije nego što se donese odluka o vrsti vrste zener diode koja je potrebna za taj osobiti dizajn.

Zaključak:

Evo 5 točaka koje nikada ne biste trebali zaboraviti na zener diodu.

1. Zener dioda je poput obične diode samo što je dopirana da ima oštar napon proboja.
2. Zener dioda održava stabilan izlazni napon bez obzira na ulazni napon pod uvjetom da maksimalna zener struja nije prekoračena.
3. Kada je spojena naprijed, zener dioda se ponaša točno kao normalna silikonska dioda. Provodi se s istim padom napona od 0,7 v koji prati upotrebu normalne diode.
4. Zadano radno stanje Zener diode nalazi se u regiji proboja (obrnuto pristrano). To znači da zapravo počinje raditi kada je primijenjeni napon veći od Zener-ovog napona u obrnutom prednaponu.
5. Zener dioda se uglavnom koristi u primjenama koje uključuju regulaciju napona, sklopne krugove i mjenjače napona.