Zener dioda - kaj je to in čemu služi?

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-02 14:02

Zenrova dioda je polprevodniška dioda z edinstvenimi lastnostmi. Če je navaden polprevodnik ob ponovnem vklopu izolator, potem to funkcijo opravlja do določenega povečanja uporabljene napetosti, po katerem pride do plazovitega reverzibilnega razpada. Z nadaljnjim povečanjem povratnega toka, ki teče skozi zener diodo, napetost ostane konstantna zaradi sorazmernega zmanjšanja upora. Na ta način je mogoče doseči stabilizacijski način.

V zaprtem stanju majhen tok uhajanja najprej preide skozi zener diodo. Element se obnaša kot upor, katerega vrednost upora je velika. Med okvaro postane upor zener diode zanemarljiv. Če še naprej povečujemo napetost na vhodu, se element začne segrevati in ko tok preseže dovoljeno vrednost, se nepovratnotoplotni razpad. Če se zadeva ne pripelje do nje, ko se napetost spremeni od nič do zgornje meje delovnega območja, se lastnosti zener diode ohranijo.

Ko je zener dioda neposredno vklopljena, so lastnosti enake kot dioda. Ko je plus priključen na p-območje, minus pa na n-območje, je prehodni upor majhen in tok prosto teče skozi njega. Z naraščanjem vhodne napetosti narašča.

Zener dioda je posebna dioda, povezana večinoma v nasprotni smeri. Element je prvi v zaprtem stanju. V primeru električne okvare napetostna zener dioda ohranja konstantno v širokem tokovnem območju.

Na anodo se nanese minus, na katodo pa plus. Poleg stabilizacije (pod točko 2) pride do pregrevanja in poveča se verjetnost okvare elementa.

Funkcije

Zenerjevi parametri so naslednji:

• U_st - stabilizacijska napetost pri nazivnem toku I_st;
• I_{st min - minimalni začetni električni tok;}
• I_{st max - največji dovoljeni tok;}
• TKN - temperaturni koeficient.

Za razliko od običajne diode je zener dioda polprevodniška naprava, v kateri sta področja električnega in toplotnega preboja precej oddaljena glede na tokovno napetostno karakteristiko.

Povezan z največjim dovoljenim tokom je pogosto določen parametertabele - odvajanje moči:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

Temperaturna odvisnost zener diode je lahko pozitivna ali negativna. Z zaporednim povezovanjem elementov s koeficienti različnih predznak nastanejo natančne zener diode, ki niso odvisne od ogrevanja ali hlajenja.

vključitvene sheme

Tipično vezje preprostega stabilizatorja, sestavljeno iz balastnega upora R_{b in zener diode, ki shuntuje obremenitev.}

V nekaterih primerih pride do kršitve stabilizacije.

1. Oddaja stabilizatorju velike napetosti iz vira energije ob prisotnosti filtrirnega kondenzatorja na izhodu. Prenapetost toka pri polnjenju lahko povzroči okvaro zener diode ali uničenje upora R_b.
2. Izklop nalaganja. Ko se na vhod uporabi največja napetost, lahko tok zener diode preseže dovoljeno, kar bo povzročilo njeno segrevanje in uničenje. Tukaj je pomembno upoštevati območje varnega delovnega potnega lista.
3. Upornost R_{b je izbrana majhna, tako da je pri najmanjši možni napajalni napetosti in največjem dovoljenem toku pri obremenitvi zener dioda v območju delovne regulacije.}

Za zaščito stabilizatorja se uporabljajo tiristorska zaščitna vezja ali varovalke.

Upor R_{b se izračuna po formuli:}

R_b=(U_pit - U_nom)(Ist _{+ I}n_).

Trenutnozener dioda I_st je izbrana med dovoljeno največjo in najmanjšo vrednostjo, odvisno od vhodne napetosti U_pit in toka obremenitve I _n.

Zener Selection

Elementi imajo velik razpon stabilizacijske napetosti. Da bi dobili natančno vrednost U_{n, so zener diode izbrane iz iste serije. Obstajajo vrste z ožjim obsegom parametrov. Z visoko razpršitvijo moči so elementi nameščeni na radiatorje.}

Za izračun parametrov zener diode so potrebni začetni podatki, na primer:

• U_{pit=12-15 V - vhodna napetost;}
• U_{st=9 V - stabilizirana napetost;}
• R_{n=50-100 mA - obremenitev.}

Parametri so značilni za naprave z nizko porabo energije.

Za minimalno vhodno napetost 12 V je tok na bremenu izbran na največ - 100 mA. Po Ohmovem zakonu lahko najdete skupno obremenitev vezja:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 Ohm.}

Na zener diodi je padec napetosti 9 V. Za tok 0,1 A bo ekvivalentna obremenitev:

R_{eq=9 V / 0,1 A=90 Ohm.}

Zdaj lahko določite odpornost balasta:

R_{b=120 Ohm - 90 Ohm=30 Ohm.}

Izbere se iz standardne vrstice, kjer je vrednost enaka izračunani.

Največji tok skozi zener diodo se določi ob upoštevanju odklopa bremena, tako da ne izpade, če je katera koli žica odspajkana. Padec napetosti na uporu bo:

U_{R=15 - 9=6 B.}

Nato se določi tok skozi upor:

I_{R=6/30=0, 2 A.}

Ker je zener dioda povezana z njo zaporedno, I_c=I_{R=0,2 A.}

Odvajanje moči bo P=0,2∙9=1,8 W.

Glede na dobljene parametre je izbrana ustrezna Zener dioda D815V.

Simetrična zener dioda

Simetrični diodni tiristor je preklopna naprava, ki prevaja izmenični tok. Značilnost njegovega dela je padec napetosti do nekaj voltov, ko je vklopljen v območju 30-50 V. Lahko ga nadomestita dve nasprotno povezani običajni zener diodi. Naprave se uporabljajo kot preklopni elementi.

Analog zener diode

Kadar ni mogoče najti ustreznega elementa, uporabijo analog zener diode na tranzistorjih. Njihova prednost je možnost regulacije napetosti. Za to se lahko uporabljajo večstopenjski DC ojačevalniki.

Na vhodu je nameščen napetostni delilnik s trim uporom R1. Če se vhodna napetost poveča, se na podlagi tranzistorja VT1 tudi poveča. Hkrati se tok skozi tranzistor VT2 poveča, kar kompenzira povečanje napetosti in jo tako ohranja stabilno na izhodu.

Označevanje zener diod

Proizvajamo steklene zener diode in zener diode v plastičnih ohišjih. V prvem primeru sta nanje uporabljeni 2 številki, med katerima je črka V. Napis 9V1 pomeni, daU_{st=9, 1 V.}

Na plastičnem ohišju so napisi dešifrirani s pomočjo podatkovnega lista, kjer lahko izveste tudi druge parametre.

Temni obroč na ohišju označuje katodo, na katero je priključen plus.

Sklep

Zenrova dioda je dioda s posebnimi lastnostmi. Prednost zener diod je visoka stopnja stabilizacije napetosti s širokim razponom sprememb delovnega toka, pa tudi preproste sheme povezovanja. Za stabilizacijo majhne napetosti se naprave vklopijo v smeri naprej in začnejo delovati kot navadne diode.