Polprevodniška dioda ima veliko "poklicov". Lahko popravi napetost, razveže električne tokokroge, zaščiti opremo pred nepravilnim napajanjem. Toda obstaja ne povsem običajna vrsta "dela" diode, ko se njena lastnost enosmerne prevodnosti uporablja zelo posredno. Polprevodniška naprava, pri kateri je normalni način obratno pristranskost, se imenuje zener dioda.
Vsebina
Kaj je zener dioda, kje se uporablja in kaj so
Zener dioda ali Zener dioda (imenovana po ameriškem znanstveniku, ki je prvi preučil in opisal lastnosti te polprevodniške naprave) je običajna dioda s p-n spojem.Njegova značilnost je delo v odseku značilnosti z negativnim pristranskostjo, to je, ko se napetost uporablja v obratni polarnosti. Takšna dioda se uporablja kot neodvisen stabilizator, ki vzdržuje konstantno napetost potrošnika, ne glede na spremembe toka obremenitve in nihanja vhodne napetosti. Tudi vozlišča na zener diodah se uporabljajo kot viri referenčne napetosti za druge stabilizatorje z razvitim vezjem. Manj pogosto se reverzna dioda uporablja kot element za oblikovanje impulza ali prenapetostna zaščita.
Obstajajo običajne zener diode in dvoanodne. Dvoanodna zener dioda je dve diodi, ki sta povezani nazaj v eno ohišje. Lahko ga zamenjate z dvema ločenima napravama, vključno z njimi po ustrezni shemi.
Volt-amperska značilnost zener diode in njeno načelo delovanja
Za razumevanje načela delovanja zener diode je potrebno preučiti njeno tipično tokovno-napetostno karakteristiko (CVC).
Če se na zener nanese napetost v smeri naprej, kot na običajno diodo, se bo obnašal kot običajna dioda. Pri napetosti približno 0,6 V (za silikonsko napravo) se bo odprl in vstopil v linearni odsek I-V karakteristike. Na temo članka je bolj zanimivo obnašanje zener diode, ko se uporabi napetost obrnjene polarnosti (negativna veja karakteristike). Prvič, njegov upor se bo močno povečal in naprava bo prenehala prenašati tok. Toda ko je dosežena določena vrednost napetosti, bo prišlo do močnega povečanja toka, ki se imenuje zlom. Ima lavinski značaj in izgine po odstranitvi napajanja.Če še naprej povečujete povratno napetost, se bo p-n stičišče začelo segrevati in prešlo v način toplotnega razpada. Toplotna okvara je nepopravljiva in pomeni okvaro zener diode, zato diode ne postavljajte v ta način.
Zanimivo področje delovanja polprevodniške naprave v načinu plazovnega razpada. Njegova oblika je blizu linearne in ima veliko strmo. To pomeni, da je pri veliki spremembi toka (ΔI) sprememba padca napetosti na zener diodi relativno majhna (ΔU). In to je stabilizacija.
To obnašanje pri uporabi povratne napetosti je značilno za katero koli diodo. Toda posebnost zener diode je, da so njeni parametri v tem delu CVC normalizirani. Njegova stabilizacijska napetost in naklon sta podana (z določenim razmikom) in sta pomembna parametra, ki določata primernost naprave v vezju. Najdete jih v referenčnih knjigah. Kot zener diode lahko uporabite tudi navadne diode - če jim odstranite CVC in je med njimi ustrezna lastnost. Toda to je dolg, naporen proces z nezajamčenim rezultatom.
Glavne značilnosti zener diode
Če želite izbrati Zener diodo za obstoječe namene, morate poznati več pomembnih parametrov. Te lastnosti bodo določale primernost izbrane naprave za reševanje nalog.
Nazivna stabilizacijska napetost
Prvi parameter zenerja, na katerega morate biti pozorni pri izbiri, je stabilizacijska napetost, ki je določena z začetno točko razpada plazu. Začne se z izbiro naprave za uporabo v vezju.Pri različnih primerkih navadnih zener diod, tudi iste vrste, ima napetost razpon v območju nekaj odstotkov, pri natančnih je razlika manjša. Če nazivna napetost ni znana, jo je mogoče določiti s sestavljanjem preprostega vezja. Pripraviti morate:
- balastni upor 1 ... 3 kOhm;
- nastavljiv vir napetosti;
- voltmeter (lahko uporabite tester).
Napetost vira energije je treba dvigniti z ničle, nadzorovati rast napetosti na zener diodi z voltmetrom. Na neki točki se bo ustavil, kljub nadaljnjemu povečanju vhodne napetosti. To je dejanska stabilizacijska napetost. Če ni reguliranega vira, lahko uporabite napajalnik s konstantno izhodno napetostjo, ki je očitno višja od Ustabilizacije. Shema in načelo merjenja ostajata enaka. Vendar obstaja nevarnost okvare polprevodniške naprave zaradi presežka delovnega toka.
Zener diode se uporabljajo za delo z napetostmi od 2 ... 3 V do 200 V. Za oblikovanje stabilne napetosti pod tem območjem se uporabljajo druge naprave - stabistorji, ki delujejo v neposrednem delu CVC.
Obseg obratovalnega toka
Tok, pri katerem zener diode opravljajo svojo funkcijo, je omejen od zgoraj in spodaj. Od spodaj je omejen z začetkom linearnega odseka povratne veje CVC. Pri nižjih tokovih značilnost ne zagotavlja načina konstantne napetosti.
Zgornja vrednost je omejena z največjo disipacijo moči, ki jo je sposobna polprevodniška naprava, in je odvisna od njene zasnove. Zener diode v kovinskem ohišju so zasnovane za večji tok, vendar ne pozabite na uporabo hladilnikov.Brez njih bo največja dovoljena moč disipacije bistveno manjša.
Diferencialni upor
Drug parameter, ki določa delovanje zener diode, je diferenčni upor Rst. Opredeljen je kot razmerje med spremembo napetosti ΔU in tokovno spremembo ΔI, ki jo je povzročila. Ta vrednost ima dimenzijo upora in se meri v ohmih. Grafično je to tangenta naklona delovnega odseka značilnosti. Očitno je, da nižji kot je upor, boljša je kakovost stabilizacije. Za idealno (v praksi ne obstoječo) zener diodo je Rst enak nič - kakršno koli povečanje toka ne bo povzročilo nobene spremembe napetosti, karakteristični odsek I–V pa bo vzporeden z osjo y.
Označevanje zener diode
Domače in uvožene zener diode v kovinskem ohišju so označene preprosto in jasno. Označeni so z imenom naprave ter lokacijo anode in katode v obliki shematske oznake.
Naprave v plastičnem ohišju so označene z obroči in pikami različnih barv na strani katode in anode. Po barvi in kombinaciji znakov lahko določite vrsto naprave, za to pa morate pogledati v referenčne knjige ali uporabiti programe za kalkulator. Oboje je mogoče najti na internetu.
Včasih se na zener diode z majhno močjo uporablja stabilizacijska napetost.
Preklopna vezja Zener diode
Glavno vezje za vklop zener diode je zaporedno z upor, ki nastavi tok skozi polprevodniško napravo in prevzame presežno napetost. Oba elementa naredita skupni delilec. Ko se vhodna napetost spremeni, ostane padec na zener diodi konstanten, medtem ko se padec na uporu spremeni.
Takšno vezje se lahko uporablja neodvisno in se imenuje parametrični stabilizator. Napetost pri obremenitvi ohranja konstantno, kljub nihanju vhodne napetosti ali črpanega toka (v določenih mejah). Podoben blok se uporablja tudi kot pomožno vezje, kjer je potreben vir referenčne napetosti.
Takšna vključitev se uporablja tudi kot zaščita občutljive opreme (senzorji itd.) pred nenormalnim pojavom visoke napetosti v napajalnem ali merilnem vodu (stalni ali naključni impulzi). Vse, kar je nad stabilizacijsko napetostjo polprevodniške naprave, je "odrezano". Takšna shema se imenuje "zenerjeva pregrada".
Prej je bila lastnost zener diode, da "odreže" napetostne vrhove, široko uporabljena v vezjih za oblikovanje impulzov. V vezjih z izmeničnim tokom so bile uporabljene dvoanodne naprave.
Toda z razvojem tranzistorske tehnologije in pojavom integriranih vezij se je to načelo redko uporabljalo.
Če pri roki ni zener diode za želeno napetost, je lahko sestavljena iz dveh. Skupna stabilizacijska napetost bo enaka vsoti obeh napetosti.
Pomembno! Ne povezujte zener diod vzporedno, da povečate delovni tok! Širjenje tokovno-napetostnih značilnosti bo povzročilo izhod ene zener diode v območje toplotnega razpada, nato pa bo druga odpovedala zaradi presežka obremenitvenega toka.
Čeprav je v tehnični dokumentaciji časa ZSSR dovoljeno vzporedno vključitev zenerje vzporedno, vendar s pridržkom, da morajo biti naprave enakega tipa in skupna dejanska moč odvajanja med delovanjem ne sme presegati dovoljene za posamezno zener diodo. To pomeni, da povečanja obratovalnega toka pod tem pogojem ni mogoče doseči.
Za povečanje dovoljenega toka obremenitve se uporablja druga shema. Parametrični stabilizator je dopolnjen s tranzistorjem, sledilec oddajnika pa je pridobljen z obremenitvijo v vezju oddajnika in stabilnim osnovna napetost tranzistorja.
V tem primeru bo izhodna napetost stabilizatorja manjša od Ustabilizacije za količino padca napetosti na emiterskem stičišču - za silicijev tranzistor približno 0,6 V. Za kompenzacijo tega zmanjšanja lahko vklopite diodo zaporedno z zener diodo v smeri naprej.
Na ta način (z vklopom ene ali več diod) lahko v majhnem razponu nastavite izhodno napetost stabilizatorja navzgor. Če morate radikalno povečati Uout, je bolje, da zaporedno vklopite še eno zener diodo.
Obseg zener diode v elektronskih vezjih je obsežen. Z zavestnim pristopom k izbiri bo ta polprevodniška naprava pomagala rešiti številne težave, dodeljene razvijalcu.
Podobni članki:
