A félvezető diódának sok "szakmája" van. Egyenirányíthatja a feszültséget, leválaszthatja az elektromos áramköröket, megvédheti a berendezéseket a nem megfelelő áramellátástól. De van a diódának egy nem egészen szokványos "munkája", amikor az egyirányú vezetési tulajdonságát nagyon közvetetten használják. Az olyan félvezető eszközt, amelynek normál üzemmódja fordított előfeszítés, zener-diódának nevezzük.
Tartalom
Mi a Zener dióda, hol használják és mik
A Zener-dióda vagy a Zener-dióda (egy amerikai tudósról kapta a nevét, aki elsőként tanulmányozta és leírta ennek a félvezető eszköznek a tulajdonságait) egy hagyományos dióda p-n átmenettel.Jellemzője a karakterisztika negatív előfeszítésű szakaszában való munka, azaz fordított polaritású feszültség esetén. Az ilyen diódát független stabilizátorként használják, amely állandóan tartja a fogyasztói feszültséget, függetlenül a terhelési áram változásaitól és a bemeneti feszültség ingadozásától. Ezenkívül a Zener-diódák csomópontjait referenciafeszültség-forrásként használják más, fejlett áramkörrel rendelkező stabilizátorokhoz. Ritkábban fordított diódát használnak impulzusformáló elemként vagy túlfeszültség-védőként.
Vannak hagyományos zener-diódák és kétanódosok. A kétanódos zener-dióda két dióda, amelyek egymás hátulján vannak egy házban. Két különálló eszközzel helyettesíthető, beleértve azokat is a megfelelő séma szerint.
A zener dióda Volt-amper jellemzője és működési elve
A zener-dióda működési elvének megértéséhez meg kell vizsgálni tipikus áram-feszültség karakterisztikáját (CVC).
Ha a zenerre előrefelé feszültséget kapcsolunk, mint egy hagyományos diódára, akkor az úgy fog viselkedni, mint egy hagyományos dióda. Körülbelül 0,6 V feszültségnél (szilícium eszköznél) kinyílik, és belép az I–V karakterisztika lineáris szakaszába. A cikk témájában a zener-dióda viselkedése érdekesebb, ha fordított polaritású feszültséget alkalmazunk (a karakterisztika negatív ága). Először is, az ellenállása meredeken növekszik, és az eszköz leállítja az áramot. De egy bizonyos feszültségérték elérésekor az áramerősség éles növekedése következik be, amelyet leállásnak neveznek. Lavina jellegű, és az áramellátás megszűnése után eltűnik.Ha továbbra is növeli a fordított feszültséget, akkor a p-n átmenet felmelegszik, és hőlebontási módba lép. A hőleállás visszafordíthatatlan, és a zener dióda meghibásodását jelenti, ezért ne helyezze a diódát ebbe az üzemmódba.
Egy félvezető eszköz érdekes működési területe lavina letörési módban. Alakja közel lineáris, meredeksége nagy. Ez azt jelenti, hogy nagy áramváltozás esetén (ΔI) a zener-diódán keresztül bekövetkező feszültségesés változása viszonylag kicsi (ΔU). És ez a stabilizáció.
Ez a viselkedés fordított feszültség alkalmazásakor minden diódára jellemző. A zener-dióda sajátossága azonban az, hogy paraméterei a CVC ezen szakaszában normalizálva vannak. Stabilizációs feszültsége és meredeksége adott (bizonyos szórással), és fontos paraméterek, amelyek meghatározzák az eszköz alkalmasságát az áramkörben. A kézikönyvekben megtalálod őket. A közönséges diódák zener-diódaként is használhatók - ha eltávolítja a CVC-t, és van köztük megfelelő karakterisztikája. De ez egy hosszú, fáradságos folyamat, nem garantált eredménnyel.
A zener dióda fő jellemzői
Ahhoz, hogy meglévő célokra Zener-diódát válasszon, ismernie kell néhány fontos paramétert. Ezek a jellemzők határozzák meg a kiválasztott eszköz alkalmasságát a feladatok megoldására.
Névleges stabilizációs feszültség
A zener első paramétere, amelyre a választás során figyelni kell, a stabilizációs feszültség, amelyet a lavina letörésének kezdőpontja határoz meg. Az áramkörben használható eszköz kiválasztásával kezdődik.A közönséges zener-diódák különböző példányainál, még az azonos típusúaknál is, a feszültség szórása több százalék körüli, a precíziós diódáknál kisebb a különbség. Ha a névleges feszültség ismeretlen, akkor egy egyszerű áramkör összeállításával meghatározható. Fel kell készülnie:
- előtét ellenállás 1 ... 3 kOhm;
- állítható feszültségforrás;
- voltmérő (használhat tesztert).
Az áramforrás feszültségét nulláról kell emelni, a zener-dióda feszültségnövekedését voltmérővel szabályozva. Egy ponton leáll, a bemeneti feszültség további növekedése ellenére. Ez a tényleges stabilizációs feszültség. Ha nincs szabályozott forrás, használhat olyan tápegységet, amelynek állandó kimeneti feszültsége nyilvánvalóan magasabb, mint az Ustabilization. A mérés séma és elve változatlan marad. De fennáll a félvezető eszköz meghibásodásának veszélye az üzemi áram túllépése miatt.
A Zener diódákat 2 ... 3 V és 200 V közötti feszültséggel dolgozzák. Az ezen tartomány alatti stabil feszültség kialakításához más eszközöket használnak - a CVC közvetlen szakaszában működő stabisztorokat.
Üzemi áram tartomány
Az áramerősség, amelyen a zener-diódák ellátják funkciójukat, felülről és alulról korlátozott. Alulról a CVC fordított ága lineáris szakaszának eleje korlátozza. Kisebb áramoknál a karakterisztika nem biztosít állandó feszültségű üzemmódot.
A felső értéket korlátozza az a maximális teljesítmény disszipáció, amelyre egy félvezető eszköz képes, és függ a tervezésétől. A fémházban lévő Zener diódákat nagyobb áramerősségre tervezték, de ne felejtse el a hűtőbordák használatát.Ezek nélkül a maximálisan megengedhető disszipációs teljesítmény lényegesen kisebb lesz.
Differenciálellenállás
Egy másik paraméter, amely meghatározza a zener-dióda működését, az Rst differenciálellenállás. Ez a ΔU feszültségváltozás és az azt okozó ΔI áramváltozás aránya. Ennek az értéknek az ellenállás mérete van, és ohmban mérik. Grafikusan ez a jellemző munkaszakaszának meredekségének érintője. Nyilvánvaló, hogy minél kisebb az ellenállás, annál jobb a stabilizáció minősége. Egy ideális (a gyakorlatban nem létező) zener-diódánál Rst egyenlő nullával - az áramerősség növekedése nem okoz feszültségváltozást, és az I-V karakterisztikája párhuzamos lesz az y tengellyel.
Zener dióda jelölés
A fémházban lévő hazai és importált zener-diódákat egyszerűen és egyértelműen jelölik. Jelölve vannak az eszköz nevével, valamint az anód és a katód helyével sematikus jelölés formájában.
A műanyag tokban lévő eszközöket különböző színű gyűrűk és pontok jelzik a katód és az anód oldalán. A szín és a karakterkombináció alapján meghatározható az eszköz típusa, de ehhez be kell nézni a kézikönyvekbe vagy számológépeket kell használni. Mindkettő megtalálható az interneten.
Néha stabilizáló feszültséget alkalmaznak az alacsony teljesítményű zener-diódákra.
Zener dióda kapcsoló áramkörök
A zener dióda bekapcsolásának fő áramköre sorba van kapcsolva ellenállás, amely átállítja az áramot a félvezető eszközön, és felveszi a többletfeszültséget. A két elem teszi közös osztó. Amikor a bemeneti feszültség megváltozik, a zener-dióda csökkenése állandó marad, míg az ellenállás csökkenése megváltozik.
Egy ilyen áramkör önállóan használható, és paraméteres stabilizátornak nevezik. A terhelési feszültséget állandó szinten tartja, a bemeneti feszültség vagy a felvett áram ingadozása ellenére (bizonyos határokon belül). Egy hasonló blokkot segédáramkörként is használnak, ahol referencia feszültségforrásra van szükség.
Az ilyen beépítés az érzékeny berendezések (érzékelők stb.) védelmére is szolgál a táp- vagy mérővezetékben a nagyfeszültség rendellenes előfordulása ellen (állandó vagy véletlenszerű impulzusok). A félvezető eszköz stabilizációs feszültsége fölött minden "le van vágva". Az ilyen rendszert "Zener-gátnak" nevezik.
Korábban a zener dióda azon tulajdonságát, hogy „levágja” a feszültségcsúcsokat, széles körben használták az impulzusformáló áramkörökben. A váltakozó áramú áramkörökben kétanódos eszközöket használtak.
De a tranzisztor technológia fejlődésével és az integrált áramkörök megjelenésével ezt az elvet ritkán alkalmazták.
Ha nincs kéznél Zener dióda a kívánt feszültséghez, akkor kettőből állhat. A teljes stabilizációs feszültség egyenlő lesz a két feszültség összegével.
Fontos! Az üzemi áram növelése érdekében ne csatlakoztasson párhuzamosan zener diódákat! Az áram-feszültség karakterisztikák terjedése egy zener-dióda kimenetéhez vezet a termikus törés zónájába, majd a második meghibásodik a terhelési áram túllépése miatt.
Bár a Szovjetunió idejének műszaki dokumentációjában ez megengedett párhuzamos befogadás Zenerek párhuzamosan, de azzal a feltétellel, hogy az eszközöknek azonos típusúaknak kell lenniük, és a teljes tényleges disszipációs teljesítmény működés közben nem haladhatja meg az egyetlen zener-diódára megengedettet. Vagyis ilyen körülmények között az üzemi áram növelése nem érhető el.
A megengedett terhelési áram növelésére egy másik sémát használnak. A parametrikus stabilizátort egy tranzisztor egészíti ki, és egy emitter követőt kapunk az emitter áramkörében lévő terheléssel és egy stabil tranzisztor alapfeszültség.
Ebben az esetben a stabilizátor kimeneti feszültsége kisebb lesz, mint az Ustabilizációnál a feszültségesés mértéke az emitter csomópontnál - szilícium tranzisztor esetén körülbelül 0,6 V. Ennek a csökkenésnek a kompenzálására sorosan kapcsolhat be egy diódát a zener dióda előrefelé.
Ily módon (egy vagy több dióda bekapcsolásával) a stabilizátor kimeneti feszültségét egy kis tartományon belül felfelé állíthatja. Ha radikálisan meg kell növelnie az Uout kimenetet, jobb, ha sorosan kapcsol be még egy zener-diódát.
A zener-dióda alkalmazási köre az elektronikus áramkörökben kiterjedt. A választás tudatos megközelítésével ez a félvezető eszköz sok, a fejlesztőhöz rendelt probléma megoldásában segít.
Hasonló cikkek:
