Puslaidininkinis diodas turi daugybę „profesijų“. Jis gali ištaisyti įtampą, atjungti elektros grandines, apsaugoti įrangą nuo netinkamo maitinimo. Tačiau yra ne visai įprastas diodo „darbas“, kai jo vienpusio laidumo savybė naudojama labai netiesiogiai. Puslaidininkinis įtaisas, kurio įprastas režimas yra atvirkštinis poslinkis, vadinamas zenerio diodu.
Turinys
Kas yra zenerio diodas, kur jis naudojamas ir kas yra
Zenerio diodas arba Zenerio diodas (pavadintas amerikiečių mokslininko, kuris pirmasis ištyrė ir apibūdino šio puslaidininkinio įtaiso savybes), yra įprastas diodas su p-n jungtimi.Jo ypatybė yra darbas charakteristikos skyriuje su neigiamu poslinkiu, tai yra, kai įtampa tiekiama atvirkštiniu poliškumu. Toks diodas naudojamas kaip nepriklausomas stabilizatorius, kuris palaiko vartotojo įtampos pastovumą, neatsižvelgiant į apkrovos srovės pokyčius ir įėjimo įtampos svyravimus. Be to, zenerio diodų mazgai naudojami kaip atskaitos įtampos šaltiniai kitiems stabilizatoriams su išvystyta grandine. Rečiau atvirkštinis diodas naudojamas kaip impulsų formavimo elementas arba apsauga nuo viršįtampių.
Yra įprasti zenerio diodai ir dviejų anodų diodai. Dviejų anodų zenerio diodas yra du diodai, sujungti viename korpuse. Jį galima pakeisti dviem atskirais įrenginiais, įskaitant juos pagal atitinkamą schemą.
Zenerio diodo voltų amperų charakteristika ir veikimo principas
Norint suprasti zenerio diodo veikimo principą, būtina ištirti jo tipinę srovės įtampos charakteristiką (CVC).
Jei į zenerį įjungta įtampa į priekį, kaip į įprastą diodą, tada jis elgsis kaip įprastas diodas. Esant maždaug 0,6 V įtampai (silicio įrenginiui), jis atsidarys ir pateks į I–V charakteristikos linijinę dalį. Straipsnio tema zenerio diodo elgesys yra įdomesnis, kai taikoma atvirkštinio poliškumo įtampa (neigiama charakteristikos šaka). Pirma, jo atsparumas smarkiai padidės, o prietaisas nustos praleisti srovę. Bet kai pasiekiama tam tikra įtampos vertė, staiga padidės srovė, vadinama gedimu. Jis turi lavinos pobūdį ir dingsta nuėmus maitinimą.Jei ir toliau didinsite atvirkštinę įtampą, p-n sankryža pradės kaisti ir pereis į terminio gedimo režimą. Terminis gedimas yra negrįžtamas ir reiškia zenerio diodo gedimą, todėl neturėtumėte diodo įjungti šio režimo.
Įdomi puslaidininkinio įtaiso veikimo sritis lavinos gedimo režimu. Jo forma artima linijinei, o statumas didelis. Tai reiškia, kad esant dideliam srovės pokyčiui (ΔI), zenerio diodo įtampos kritimo pokytis yra palyginti mažas (ΔU). Ir tai yra stabilizavimas.
Toks elgesys naudojant atvirkštinę įtampą būdingas bet kuriam diodui. Tačiau zenerio diodo ypatumas yra tas, kad jo parametrai šiame CVC skyriuje yra normalizuoti. Jo stabilizavimo įtampa ir nuolydis yra pateikti (su tam tikra sklaida) ir yra svarbūs parametrai, lemiantys įrenginio tinkamumą grandinėje. Juos galite rasti žinynuose. Įprasti diodai taip pat gali būti naudojami kaip zenerio diodai - jei pašalinsite jų CVC ir tarp jų yra tinkama charakteristika. Tačiau tai ilgas ir daug pastangų reikalaujantis procesas, kurio rezultatas negarantuojamas.
Pagrindinės zenerio diodo charakteristikos
Norėdami pasirinkti Zener diodą esamiems tikslams, turite žinoti keletą svarbių parametrų. Šios charakteristikos lems pasirinkto įrenginio tinkamumą užduotims spręsti.
Nominali stabilizavimo įtampa
Pirmasis zenerio parametras, į kurį reikia atkreipti dėmesį renkantis, yra stabilizavimo įtampa, kurią lemia lavinos gedimo pradžios taškas. Jis prasideda nuo įrenginio, skirto naudoti grandinėje, parinkimo.Skirtingiems paprastų zenerio diodų atvejams, net ir to paties tipo, įtampa pasiskirsto apie kelis procentus, o tiksliųjų skirtumas yra mažesnis. Jei vardinė įtampa nežinoma, ją galima nustatyti surinkus paprastą grandinę. Turėtumėte pasiruošti:
- balastinis rezistorius 1 ... 3 kOhm;
- reguliuojamas įtampos šaltinis;
- voltmetras (galite naudoti testerį).
Būtina pakelti maitinimo šaltinio įtampą nuo nulio, valdant įtampos augimą zenerio diode naudojant voltmetrą. Tam tikru momentu jis sustos, nepaisant tolesnio įvesties įtampos padidėjimo. Tai yra tikroji stabilizavimo įtampa. Jei nėra reguliuojamo šaltinio, galite naudoti maitinimo šaltinį, kurio pastovi išėjimo įtampa akivaizdžiai didesnė nei Ustabilization. Matavimo schema ir principas išlieka tie patys. Tačiau yra puslaidininkinio įtaiso gedimo pavojus dėl darbinės srovės pertekliaus.
Zener diodai naudojami darbui esant įtampai nuo 2 ... 3 V iki 200 V. Norint suformuoti stabilią įtampą žemiau šio diapazono, naudojami kiti įrenginiai - stabistoriai, veikiantys tiesioginėje CVC sekcijoje.
Veikimo srovės diapazonas
Srovė, kuria zenerio diodai atlieka savo funkciją, yra ribojama iš viršaus ir apačios. Iš apačios jį riboja CVC atvirkštinės šakos tiesinės dalies pradžia. Esant mažesnėms srovėms, charakteristika nesuteikia pastovios įtampos režimo.
Viršutinę vertę riboja didžiausia puslaidininkinio įtaiso galios sklaida ir priklauso nuo jo konstrukcijos. Zener diodai metaliniame korpuse yra skirti didesnei srovei, tačiau nepamirškite apie šilumos šalintuvų naudojimą.Be jų maksimali leistina sklaidos galia bus žymiai mažesnė.
Diferencinis pasipriešinimas
Kitas parametras, lemiantis zenerio diodo veikimą, yra diferencinė varža Rst. Jis apibrėžiamas kaip įtampos pokyčio ΔU ir jį sukėlusio srovės pokyčio ΔI santykis. Ši vertė turi atsparumo matmenį ir matuojama omais. Grafiškai tai yra charakteristikos darbinės dalies nuolydžio liestinė. Akivaizdu, kad kuo mažesnis pasipriešinimas, tuo geresnė stabilizavimo kokybė. Idealiam (praktikoje neegzistuojančiam) zenerio diodui Rst lygus nuliui - bet koks srovės padidėjimas nesukels įtampos pokyčių, o I-V charakteristikos atkarpa bus lygiagreti y ašiai.
Zenerio diodo žymėjimas
Buitiniai ir importuoti zenerio diodai metaliniame korpuse pažymėti paprastai ir aiškiai. Jie pažymėti įrenginio pavadinimu ir anodo bei katodo vieta scheminio žymėjimo forma.
Įrenginiai plastikiniame korpuse pažymėti įvairių spalvų žiedais ir taškais katodo ir anodo pusėse. Pagal spalvą ir simbolių derinį galite nustatyti įrenginio tipą, tačiau tam turite pažvelgti į žinynus arba naudoti skaičiuoklės programas. Abu galima rasti internete.
Kartais mažos galios zenerio diodams taikoma stabilizavimo įtampa.
Zenerio diodų perjungimo grandinės
Pagrindinė zenerio diodo įjungimo grandinė yra nuosekli rezistorius, kuris nustato srovę per puslaidininkinį įtaisą ir paima perteklinę įtampą. Du elementai sukuria bendras daliklis. Pasikeitus įėjimo įtampai, zenerio diodo kritimas išlieka pastovus, o rezistoriaus kritimas keičiasi.
Tokia grandinė gali būti naudojama nepriklausomai ir vadinama parametriniu stabilizatoriumi. Jis palaiko pastovią įtampą esant apkrovai, nepaisant įėjimo įtampos arba srovės svyravimų (tam tikrose ribose). Panašus blokas taip pat naudojamas kaip pagalbinė grandinė, kur reikalingas atskaitos įtampos šaltinis.
Toks įtraukimas taip pat naudojamas kaip jautrios įrangos (daviklių ir kt.) apsauga nuo nenormalaus aukštos įtampos atsiradimo maitinimo arba matavimo linijoje (pastovių ar atsitiktinių impulsų). Viskas, kas viršija puslaidininkinio įtaiso stabilizavimo įtampą, „atjungiama“. Tokia schema vadinama „Zenero barjeru“.
Anksčiau zenerio diodo savybė „nutraukti“ įtampos smailes buvo plačiai naudojama impulsų formavimo grandinėse. Kintamosios srovės grandinėse buvo naudojami dviejų anodų įrenginiai.
Tačiau vystantis tranzistorių technologijai ir atsiradus integrinėms grandinėms, šis principas buvo retai naudojamas.
Jei po ranka nėra norimos įtampos zenerio diodo, jį galima sudaryti iš dviejų. Bendra stabilizavimo įtampa bus lygi dviejų įtampų sumai.
Svarbu! Nejunkite zenerio diodų lygiagrečiai, kad padidintumėte darbinę srovę! Dėl srovės įtampos charakteristikų plitimo vienas zenerio diodas išeis į terminio gedimo zoną, o antrasis suges dėl apkrovos srovės pertekliaus.
Nors SSRS laikų techninėje dokumentacijoje tai leidžiama lygiagrečiai įtraukimas zenerius lygiagrečiai, tačiau su sąlyga, kad įrenginiai turi būti vienodo tipo ir bendra tikroji sklaidos galia veikimo metu neturi viršyti leistinos vienam zenerio diodui. Tai reiškia, kad tokiomis sąlygomis negalima padidinti darbinės srovės.
Norint padidinti leistiną apkrovos srovę, naudojama kita schema. Parametrinis stabilizatorius papildytas tranzistoriumi, o emiterio sekėjas gaunamas su apkrova emiterio grandinėje ir stabiliu tranzistoriaus bazinė įtampa.
Tokiu atveju stabilizatoriaus išėjimo įtampa bus mažesnė nei Ustabilizacija pagal įtampos kritimą emiterio sandūroje - silicio tranzistoriui apie 0,6 V. Norėdami kompensuoti šį sumažėjimą, galite įjungti diodą nuosekliai su zenerio diodas į priekį.
Tokiu būdu (įjungdami vieną ar kelis diodus) galite nedideliu diapazonu reguliuoti stabilizatoriaus išėjimo įtampą aukštyn. Jei reikia radikaliai padidinti Uout, geriau nuosekliai įjungti dar vieną zenerio diodą.
Zenerio diodo taikymo sritis elektroninėse grandinėse yra plati. Sąmoningai žiūrint į pasirinkimą, šis puslaidininkinis įrenginys padės išspręsti daugelį kūrėjui priskirtų problemų.
Panašūs straipsniai:
