Zener diode so običajne diode s PN-spojem, ki delujejo v obratno pristranskem stanju. Delovanje Zenerjeve diode je podobno kot PN-spojna dioda v prednapetostnem stanju, vendar je edinstvenost v tem, da lahko deluje tudi, ko je priključena v obratni smeri nad pragom / napetostjo okvare. To so med osnovne vrste diod uporablja se pogosto, razen običajnih diod.
Zenerjeva dioda deluje
Polprevodniška dioda v obratnem položaju
Če se lahko spomnite, je enostavna PN-spojna dioda tvorjena s kombinacijo polprevodniškega materiala tipa p s polprevodniškim materialom tipa n. Ko je ena stran polprevodniškega kristala dopirana z donorskimi nečistočami, druga pa s sprejemnimi nečistočami, se tvori PN spoj.
Nepristranska polprevodniška dioda
V normalnih pogojih luknje s strani p ponavadi difundirajo v območje z nizko koncentracijo, enako pa se zgodi tudi za elektrone s strani n.
Tako se luknje razpršijo na n-stran, elektroni pa na p-stran. To povzroči kopičenje nabojev okoli križišča in tvori območje izčrpavanja.
Nepristranska polprevodniška dioda
Čez križišče se tvori električna polarnost ali električni dipol, ki povzroči pretok toka z n bočne zgornje strani. Posledica tega je različna negativna jakost električnega polja, ki ustvarja električni potencial čez križišče. Ta električni potencial je dejansko prag napetosti diode in je približno 0,6 V za silicij in 0,2 V za germanij. To deluje kot potencialna ovira za pretok večine nosilcev naboja in naprava ne deluje.
Zdaj, ko je normalna dioda pristranska, tako da na n stran prihaja negativna napetost, na p stran pa pozitivna napetost, naj bi bila dioda v stanju prednapetosti. Ta uporabljena napetost ponavadi zmanjša potencialno pregrado, ko preseže mejno napetost.
Na tej točki in kasneje večinski nosilci prečkajo potencialno pregrado in naprava začne prevoditi s tokom toka skozinjo.
Ko je dioda pristranska v obratnem stanju na zgoraj, je uporabljena napetost takšna, da povečuje potencialno oviro in ovira pretok večinskih nosilcev. Vendar pa omogoča pretok manjšinskih nosilcev (luknje v n-tipu in elektroni v p-tipu). Ko se ta napetost vzvratne pristranskosti povečuje, se obratni tok postopoma povečuje.
V določenem trenutku je ta napetost takšna, da povzroči razpad območja izčrpavanja in povzroči močno povečanje pretoka toka. Tu nastopi delovanje Zenerjeve diode.
Načelo delovanja Zenerjeve diode
Kot je navedeno zgoraj, je osnovno načelo delovanja Zenerjeve diode vzrok okvare diode v obratno pristranskem stanju. Običajno obstajata dve vrsti okvar - Zener in Avalanche.
Načelo delovanja zener diode
Zenerjeva razčlenitev
Ta vrsta okvare se pojavi pri obratni napetosti prednapetosti med 2 in 8V. Tudi pri tej nizki napetosti je jakost električnega polja dovolj močna, da deluje na valenčne elektrone atoma tako, da so ločeni od jeder. To povzroči nastanek mobilnih parov elektronskih lukenj, kar poveča pretok toka čez napravo. Približna vrednost tega polja je približno 2 * 10 ^ 7 V / m.
Ta vrsta okvare se običajno pojavi pri visoko dopirani diodi z nizko napetostjo okvare in večjim električnim poljem. Ko se temperatura zvišuje, valentni elektroni pridobijo več energije za motenje iz kovalentne vezi in potrebna je manjša količina zunanje napetosti. Tako se Zenerjeva napetost razpada s temperaturo zmanjšuje.
Razčlenitev plazov
Ta vrsta okvare se pojavi pri napetosti vzvratne pristranskosti nad 8V in več. Pojavi se pri rahlo dopiranih diodah z veliko napetostjo okvare. Ko manjšinski nosilci naboja (elektroni) tečejo po napravi, nagibajo k trčenju z elektroni v kovalentni vezi in povzročijo motenje kovalentne vezi. Z naraščanjem napetosti se poveča tudi kinetična energija (hitrost) elektronov in kovalentne vezi se lažje motijo, kar povzroči povečanje parov elektronskih lukenj. Napetost propada plazov narašča s temperaturo.
3 aplikacije Zener diode
1. Zener dioda kot napetost
V enosmernem tokokrogu se lahko Zenerjeva dioda uporablja kot regulator napetosti ali za zagotavljanje referenčne napetosti. Glavna uporaba Zener diode je v tem, da napetost na Zener diodi ostane konstantna za večje spremembe toka. To omogoča uporabo Zenerjeve diode kot naprave s konstantno napetostjo ali regulatorja napetosti.
V katerem koli napajalni tokokrog , regulator se uporablja za zagotavljanje konstantne izhodne (obremenitve) napetosti ne glede na spremembe vhodne napetosti ali spremembe toka obremenitve. Sprememba vhodne napetosti se imenuje regulacija linije, sprememba toka obremenitve pa regulacija obremenitve.
Zenerjeva dioda kot regulator napetosti
Preprosto vezje, ki vključuje Zenerjevo diodo kot regulator, zahteva upor nizke vrednosti, ki je zaporedno povezan z virom vhodne napetosti. Nizka vrednost je potrebna, da se omogoči največji pretok toka skozi vzporedno priključeno diodo. Edina omejitev pa je, da tok skozi Zener diodo ne sme biti manjši od najmanjšega toka Zener diode. Preprosto povedano, za najmanjšo vhodno napetost in največji tok obremenitve mora biti tok Zenerjeve diode vedno Izmin.
Med načrtovanjem regulatorja napetosti z uporabo Zenerjeve diode je slednja izbrana glede na največjo nazivno moč. Z drugimi besedami, največji tok skozi napravo mora biti: -
jazmaks= Moč / Zenerjeva napetost
Ker sta vhodna napetost in zahtevana izhodna napetost znani, je lažje izbrati Zenerjevo diodo z napetostjo, ki je približno enaka napetosti obremenitve, to je Vz ~ = Vali.
Izbrana je vrednost serijskega upora
R = (Vv- Vs)/(JAZzmin+ JazL), kjer semL= Napetost obremenitve / Upornost obremenitve.
Upoštevajte, da lahko za obremenitvene napetosti do 8V uporabite eno Zenerjevo diodo. Za napetosti nad 8V, ki zahtevajo Zenerjeve napetosti z višjo napetostjo, pa je priporočljivo uporabiti diodo, usmerjeno naprej, v seriji z Zenerjevo diodo. Razlog za to je, da se Zenerjeva dioda pri višji napetosti ravna po principu propada plazov in ima pozitivno temperaturo koeficienta.
Zato se za kompenzacijo uporablja dioda z negativnim temperaturnim koeficientom. Seveda se danes uporabljajo praktične temperaturno kompenzirane Zener diode.
2. Zenerjeva dioda kot referenčna napetost
Zenerjeva dioda kot referenčna napetost
V napajalnikih in številnih drugih vezjih najde Zenerjeva dioda svojo vlogo kot ponudnik konstantne napetosti ali referenca napetosti. Edini pogoji so, da mora biti vhodna napetost večja od Zenerjeve napetosti, serijski upor pa mora imeti najmanjšo vrednost, tako da skozi napravo teče največji tok.
3. Zenerjeva dioda kot napetostni vpenjalnik
V tokokrogu, ki vključuje vhodni vir izmeničnega toka, drugačen od običajnega PN diode vpenjalno vezje , lahko se uporabi tudi Zener dioda. Dioda se lahko uporablja za omejevanje vrha izhodne napetosti na Zenerjevo napetost na eni strani in na približno 0V na drugi strani sinusne valovne oblike.
Zener dioda kot napetostni vpenjalnik
V zgornjem vezju je med pozitivnim polovičnim ciklom, ko je vhodna napetost takšna, da je cenerjeva dioda obrnjena, je izhodna napetost določen čas konstantna, dokler napetost ne začne padati.
Zdaj je med negativnim polovičnim ciklom Zenerjeva dioda v usmerjeni pristranski povezavi. Ko se negativna napetost poveča na napetost praga posredovanja, začne dioda prevoditi in negativna stran izhodne napetosti je omejena na mejno napetost.
Če želite izhodno napetost dobiti samo v pozitivnem območju, zaporedoma uporabite dve nasprotno usmerjeni Zener diodi.
Delovne aplikacije Zenerjeve diode
Z naraščajočo priljubljenostjo pametnih telefonov projekti, ki temeljijo na androidu so danes najprimernejše. Ti projekti vključujejo uporabo Bluetooth naprav, ki temeljijo na tehnologiji. Te naprave Bluetooth za delovanje potrebujejo približno 3V napetosti. V takih primerih se zenerjeva dioda uporablja za 3V referenco na napravo Bluetooth.
Delovna aplikacija Zener diode, ki vključuje napravo Bluetooth
Druga aplikacija vključuje uporabo Zenerjeve diode kot regulatorja napetosti. Tu izmenična napetost popravi dioda D1, filtrira pa jo kondenzator. To filtrirano enosmerno napetost regulira dioda, da zagotavlja konstantno referenčno napetost 15V. Ta regulirana enosmerna napetost se uporablja za pogon krmilnega vezja, ki se uporablja za krmiljenje preklopa svetlobe, kot v avtomatski sistem za nadzor razsvetljave.
Uporaba regulacije napetosti Zener diode
Upamo, da smo lahko zagotovili natančne, a ključne informacije o delovanju Zener diode in njenih aplikacijah. Tu je preprosto vprašanje za bralce - Zakaj so v reguliranem napajanju z enosmernim tokom v glavnem prednost IC-ji regulatorjev kot Zener-diode?
V spodnjem oddelku za komentarje podajte svoje odgovore in seveda povratne informacije.
Foto krediti
- Zener dioda deluje učenjeaboutelectronics
- Nepristranska polprevodniška dioda wikimedia
- Načelo za delovanjem zenerjeve diode kaj-kdaj-kako
