En halvlederdiode har mange "yrker". Den kan rette opp spenning, løsne elektriske kretser, beskytte utstyr mot feil strømforsyning. Men det er en ikke helt vanlig type "arbeid" av dioden, når egenskapen til enveisledning brukes veldig indirekte. En halvlederenhet der normalmodus er revers bias kalles en zenerdiode.
Innhold
Hva er en zenerdiode, hvor brukes den og hva er den
En zenerdiode, eller en zenerdiode (oppkalt etter en amerikansk vitenskapsmann som var den første som studerte og beskrev egenskapene til denne halvlederenheten), er en konvensjonell diode med et p-n-kryss.Dens funksjon er arbeid i seksjonen av karakteristikken med en negativ skjevhet, det vil si når spenningen påføres i omvendt polaritet. En slik diode brukes som en uavhengig stabilisator som holder forbrukerspenningen konstant, uavhengig av endringer i laststrømmen og svingninger i inngangsspenningen. Noder på zenerdioder brukes også som referansespenningskilder for andre stabilisatorer med en utviklet krets. Mindre vanlig brukes en omvendt diode som et pulsformende element eller overspenningsvern.
Det er konvensjonelle zenerdioder og to-anode. En to-anode zenerdiode er to dioder koblet rygg mot rygg i ett hus. Den kan erstattes av to separate enheter, inkludert dem i henhold til den aktuelle ordningen.
Volt-ampere karakteristikk av zenerdioden og dens operasjonsprinsipp
For å forstå prinsippet om drift av en zenerdiode, er det nødvendig å studere dens typiske strømspenningskarakteristikk (CVC).
Hvis en spenning påføres zeneren i foroverretningen, som til en konvensjonell diode, vil den oppføre seg som en konvensjonell diode. Ved en spenning på omtrent 0,6 V (for en silisiumenhet), vil den åpne og gå inn i den lineære delen av I–V-karakteristikken. Når det gjelder emnet for artikkelen, er oppførselen til en zenerdiode mer interessant når en spenning med omvendt polaritet påføres (negativ gren av karakteristikken). For det første vil motstanden øke kraftig, og enheten vil slutte å passere strøm. Men når en viss spenningsverdi er nådd, vil det oppstå en kraftig økning i strømmen, kalt sammenbrudd. Den har skredkarakter, og forsvinner etter at strømmen er fjernet.Hvis du fortsetter å øke reversspenningen, vil p-n-krysset begynne å varmes opp og gå inn i termisk sammenbruddsmodus. Termisk sammenbrudd er irreversibelt og betyr svikt i zenerdioden, så du bør ikke sette dioden i denne modusen.
Et interessant område for drift av en halvlederenhet i skredsammenbruddsmodus. Formen er nær lineær, og den har høy bratthet. Dette betyr at med en stor endring i strøm (ΔI), er endringen i spenningsfallet over zenerdioden relativt liten (ΔU). Og dette er stabilisering.
Denne oppførselen når du bruker en omvendt spenning er typisk for alle dioder. Men det særegne ved zenerdioden er at parametrene i denne delen av CVC er normalisert. Dens stabiliseringsspenning og helling er gitt (med en viss spredning) og er viktige parametere som bestemmer egnetheten til enheten i kretsen. Du finner dem i oppslagsverk. Vanlige dioder kan også brukes som zenerdioder - hvis du fjerner deres CVC og blant dem er det en passende karakteristikk. Men dette er en lang, møysommelig prosess med et ikke-garantert resultat.
De viktigste egenskapene til zenerdioden
For å velge en Zener-diode for eksisterende formål, må du kjenne til flere viktige parametere. Disse egenskapene vil bestemme egnetheten til den valgte enheten for å løse oppgavene.
Nominell stabiliseringsspenning
Den første parameteren til zeneren, som du må være oppmerksom på når du velger, er stabiliseringsspenningen, som bestemmes av startpunktet for skredsammenbruddet. Det begynner med valg av en enhet for bruk i kretsen.For forskjellige tilfeller av vanlige zenerdioder, selv av samme type, har spenningen en spredning i området flere prosent, for presisjonsdioder er forskjellen lavere. Hvis den nominelle spenningen er ukjent, kan den bestemmes ved å sette sammen en enkel krets. Du bør forberede:
- ballastmotstand 1 ... 3 kOhm;
- justerbar spenningskilde;
- voltmeter (du kan bruke en tester).
Det er nødvendig å heve spenningen til strømkilden fra null, kontrollere spenningsveksten ved zenerdioden ved hjelp av et voltmeter. På et tidspunkt vil den stoppe, til tross for en ytterligere økning i inngangsspenningen. Dette er den faktiske stabiliseringsspenningen. Hvis det ikke er noen regulert kilde, kan du bruke en strømforsyning med konstant utgangsspenning som åpenbart er høyere enn Ustabilization. Opplegget og måleprinsippet forblir det samme. Men det er en risiko for svikt i halvlederenheten på grunn av overskudd av driftsstrømmen.
Zener-dioder brukes til å jobbe med spenninger fra 2 ... 3 V til 200 V. For å danne en stabil spenning under dette området, brukes andre enheter - stabistorer som opererer i den direkte delen av CVC.
Driftsstrømområde
Strømmen som zenerdiodene utfører sin funksjon ved, er begrenset ovenfra og under. Nedenfra er den begrenset av begynnelsen av den lineære delen av den omvendte grenen til CVC. Ved lavere strømmer gir ikke karakteristikken en konstant spenningsmodus.
Den øvre verdien er begrenset av det maksimale effekttap som en halvlederenhet er i stand til og avhenger av dens design. Zener-dioder i et metallhus er designet for mer strøm, men ikke glem bruken av kjøleribber.Uten dem vil den maksimalt tillatte spredningskraften være betydelig mindre.
Differensiell motstand
En annen parameter som bestemmer driften av zenerdioden er differensialmotstanden Rst. Det er definert som forholdet mellom spenningsendringen ΔU og strømendringen ΔI som forårsaket den. Denne verdien har dimensjonen motstand og måles i ohm. Grafisk er dette tangenten til helningen til arbeidsdelen av karakteristikken. Jo lavere motstand, jo bedre stabiliseringskvalitet. For en ideell (ikke eksisterende i praksis) zenerdiode er Rst lik null - enhver økning i strøm vil ikke forårsake noen endring i spenning, og I–V-karakteristikkdelen vil være parallell med y-aksen.
Zenerdiodemerking
Innenlandske og importerte zenerdioder i et metallhus er merket enkelt og tydelig. De er merket med navnet på enheten og plasseringen av anoden og katoden i form av en skjematisk betegnelse.
Enheter i en plastkasse er merket med ringer og prikker i forskjellige farger på katode- og anodesidene. Ut fra fargen og kombinasjonen av tegn kan du bestemme typen enhet, men for dette må du se i oppslagsverk eller bruke kalkulatorprogrammer. Begge kan finnes på Internett.
Noen ganger påføres en stabiliseringsspenning på laveffekts zenerdioder.
Zener diode koblingskretser
Hovedkretsen for å slå på en zenerdiode er i serie med motstand, som setter strømmen gjennom halvlederenheten og tar på seg overskuddsspenningen. De to elementene gjør felles deler. Når inngangsspenningen endres, forblir fallet over zenerdioden konstant, mens fallet over motstanden endres.
En slik krets kan brukes uavhengig og kalles en parametrisk stabilisator. Den holder spenningen ved belastningen konstant, til tross for svingninger i inngangsspenningen eller strømmen som trekkes (innenfor visse grenser). En lignende blokk brukes også som en hjelpekrets der en referansespenningskilde er nødvendig.
Slik inkludering brukes også som beskyttelse av sensitivt utstyr (sensorer, etc.) mot unormal forekomst av høyspenning i strøm- eller målelinjen (konstante eller tilfeldige impulser). Alt over stabiliseringsspenningen til halvlederenheten "kuttes av". En slik ordning kalles en "Zener-barriere".
Tidligere ble egenskapen til zenerdioden for å "kutte av" spenningstoppene mye brukt i pulsformingskretser. To-anode enheter ble brukt i vekselstrømkretser.
Men med utviklingen av transistorteknologi og fremkomsten av integrerte kretser, ble dette prinsippet sjelden brukt.
Hvis det ikke er noen zenerdiode tilgjengelig for ønsket spenning, kan den bestå av to. Den totale stabiliseringsspenningen vil være lik summen av de to spenningene.
Viktig! Ikke kople zenerdioder parallelt for å øke driftsstrømmen! Spredningen av strømspenningsegenskaper vil føre til utgangen av en zenerdiode inn i sonen for termisk sammenbrudd, deretter vil den andre mislykkes på grunn av overskuddet av laststrømmen.
Selv om det er tillatt i den tekniske dokumentasjonen av Sovjetunionens tid parallell inkludering zenere parallelt, men med forbehold om at enhetene må være av samme type og den totale faktiske spredningseffekten under drift bør ikke overstige det tillatte for en enkelt zenerdiode. Det vil si at en økning i driftsstrømmen under denne tilstanden ikke kan oppnås.
For å øke den tillatte belastningsstrømmen, brukes en annen ordning. Den parametriske stabilisatoren er supplert med en transistor, og en emitterfølger oppnås med en belastning i emitterkretsen og en stabil transistor basisspenning.
I dette tilfellet vil utgangsspenningen til stabilisatoren være mindre enn Ustabilisering med mengden spenningsfall ved emitterkrysset - for en silisiumtransistor, omtrent 0,6 V. For å kompensere for denne nedgangen kan du slå på en diode i serie med zenerdioden i foroverretningen.
På denne måten (ved å skru på en eller flere dioder) kan du justere utgangsspenningen til stabilisatoren oppover innenfor et lite område. Hvis du trenger å øke Uout radikalt, er det bedre å slå på en zenerdiode til i serie.
Omfanget av zenerdioden i elektroniske kretser er omfattende. Med en bevisst tilnærming til valget, vil denne halvlederenheten bidra til å løse mange problemer som er tildelt utvikleren.
Lignende artikler:
