Зенер диоде

Увод

Диоде су углавном познате као уређај који омогућава проток струје у једном смеру (унапред пристрасан) и пружа отпор протоку струје када се користи у обрнутом смеру. Зенер диода (названа по америчком научнику Ц. Зенер-у који је први објаснио њене оперативне принципе), с друге стране, не само да дозвољава проток струје када се користи у предњем предрасуду, већ дозвољава и проток струје када се користи у обрнутом пристрасности до сада је примењени напон изнад напона пробоја познат као Зенер-ов напон пробоја. Или другим речима, пробојни напон је напон на коме Зенер диода почиње да води у обрнутом смеру.

Принцип рада Зенер диоде:

У нормалним диодама напон пробоја је врло висок и диода се потпуно оштети ако се примени напон изнад пробојне диоде, али код Зенер диода напон пробоја није толико висок и не доводи до трајног оштећења зенерове диоде ако примењује се напон.

Како се обрнути напон примењен на Зенер-диоду повећава према наведеном напону пробоја (Вз), кроз диоду почиње да тече струја и та струја је позната као Зенер-ова струја, а овај процес познат је као пробој лавине . Струја се повећава на максимум и стабилизује. Ова струја остаје константна у ширем опсегу примењеног напона и омогућава Зенер-диоди да издржи већи напон без оштећења. Ову струју одређује серијски отпорник.

Размотрите доње слике нормалне диоде у акцији.

Да бисте приказали рад зенер диоде, размотрите два експеримента (А и Б) у наставку.

У експерименту А, 12В зенер диода је повезана обрнуто пристрасно као што је приказано на слици и може се видети да је зенер диода ефикасно блокирала напон јер је био мањи / једнак напону пробоја одређене ценер диоде и лампе, па је остао даље.

У експерименту Б, коришћена зенер диода од 6в проводи (сијалица се укључује) обрнуто пристрасно, јер је примењени напон већи од напона пробоја и тиме показује да је подручје пробоја подручје рада зене диоде.

Струја напона карактеристика крива Зенер диоде је приказан испод.

Из графикона се може закључити да ће ценер диода која ради у режиму обрнутог одступања имати прилично константан напон без обзира на количину доведене струје.

Примене Зенер диоде:

Зенер диоде се користе у три главне примене у електронским колима;

1. Регулација напона

2. Таласни облик клипера

3. Мењач напона

1. Зенер диода као регулатор напона

Ово је вероватно најчешћа примена ценер диода.

Ова примена ценер диода се у великој мери ослања на способност зенер диода да одржавају константан напон без обзира на варијације у напајању или струји оптерећења. Општа функција уређаја за регулацију напона је да обезбеди константни излазни напон оптерећења спојеног паралелно са њим, без обзира на варијације енергије које вуче оптерећење (струја оптерећења) или варијације и нестабилност напона напајања.

Зенер диода ће обезбедити константан напон под условом да струја остаје у опсегу максималне и минималне реверзне струје.

Шема кола која приказује Зенер диоду која се користи као регулатор напона приказана је доле.

Отпорник Р1 повезан је у серију са зенер диодом како би се ограничила количина струје која пролази кроз диоду и улазни напон Вин (који мора бити већи од зенер напона) је повезан преко, као што је приказано на слици и излазни напон Воут, узима се преко ценер диоде са Воут = Вз (Зенер Волтаге). С обзиром да су карактеристике обрнутог пристрасности Зенер диоде потребне за регулацију напона, она је повезана у режиму обрнутог преднапона, с тим што је катода спојена на позитивну шину кола.

Мора се водити рачуна при одабиру вредности отпорника Р1, јер ће отпор мале вредности резултирати великом струјом диоде када је прикључено оптерећење, а то ће повећати захтев за дисипацијом снаге диоде који би могао постати већи од максималне снаге ценер и могао би да га оштети.

Вредност отпора који ће се користити може се одредити помоћу следеће формуле.

Р ₁ = (В _ин - В _З) / И _З Где; Р1 је вредност серијског отпора. Вин је улазни напон. Вз који је исти као Воут је зенеров напон, а Из је зенерова струја.

Коришћењем ове формуле постаје лако осигурати да вредност изабраног отпорника не доведе до протока струје већег од оног који зенер може да поднесе.

Један мали проблем са регулаторним круговима заснованима на Зенер диодама је тај што Зенер понекад ствара електричну буку на доводној шини док покушава да регулише улазни напон. Иако ово можда не представља проблем за већину апликација, овај проблем се може решити додавањем кондензатора за одвајање велике вредности преко диоде. Ово помаже у стабилизацији износа ценера.

2. Зенер диода као таласни клиппер

Једна од употреба нормалних диода је у примени склопних и стезних кругова који су кругови који се користе за обликовање или модификовање улазног таласног облика или сигнала наизменичне струје, производећи различито обликовани излазни сигнал у зависности од спецификација клепера или стезаљки.

Опћенито су склопови за шишање склопови који се користе за спречавање излаза сигнала у колу да пређе унапријед задану вриједност напона без промјене било ког другог дијела улазног сигнала или таласног облика.

Ови кругови заједно са стезаљкама се широко користе у аналогним телевизијским и ФМ радио предајницима за уклањање сметњи (стезни кругови) и ограничавање вршних вредности буке одсецањем високих врхова.

Будући да се Зенер диоде генерички понашају као нормалне диоде када примењени напон није једнак напону пробоја, оне се такође користе у склопним круговима.

Струјни кругови за одсецање могу бити дизајнирани да шаљу сигнал било у позитивном, негативном или у оба региона. Иако ће диода природно одсећи други регион на 0,7 В, без обзира на то да ли је дизајнирана као позитивна или негативна шипка.

На пример, узмите у обзир коло испод.

Коло за резање је дизајнирано да одсече излазни сигнал на 6,2 в, па је коришћена зенер диода од 6,2 в. Зенер диода спречава излазни сигнал да пређе зенер напон, без обзира на улазни таласни облик. За овај конкретан пример коришћен је улазни напон од 20в, а излазни напон на позитивном замаху био је 6.2в у складу са напоном зенер диоде. Током негативног њихања наизменичног напона, међутим, ценер диода се понаша баш као и нормална диода и прекида излазни напон на 0,7 В, у складу са нормалним силиконским диодама.

За примену круга за одсецање негативног замаха наизменичног кола, као и позитивног замаха на такав начин да се напон закачи на различитим нивоима на позитивном и негативном замаху, користи се двоструки ценер. Дијаграм кола за двоструки ценер одсецање је приказан испод.

У горе наведеном кругу за одсецање, напон Вз2 представља напон на негативном замаху извора наизменичне струје на којем се жели исећи излазни сигнал, док напон Вз1 представља напон на позитивном замаху извора наизменичне струје на којем је излазни напон се жели исећи.

3. Зенер диода као пребацивач напона

Пребацивач напона је једна од најједноставнијих, али занимљивих примена зенер диоде. Ако сте имали искуства посебно са повезивањем 3.3в сензора на 5В МЦУ и из прве руке сте видели грешке у очитавању итд., Које то може довести до њих, увидећете важност преклопника напона. Пребацивачи напона помажу у претварању сигнала из једног напона у други, а са способношћу зенер диоде да одржи стабилан излазни напон у подручју пробоја, чини их идеалном компонентом за рад.

У измењивачу напона заснованом на зенер диоди, коло смањује излазни напон, за вредност једнаку напону пробоја одређене ценер диоде која се користи. Дијаграм кола за пребацивач напона је илустрован доле.

Размотрите експеримент у наставку,

Коло описује пребацивач напона заснован на зенер диоди од 3.3в. Излазни напон (3,72 В) кола даје се одузимањем напона пробоја (3,3 В) ценер диоде од улазног напона (7 В).

Воут = Вин –Вз

Воут = 7 - 3,3 = 3,7 в

Мењач напона, као што је раније описано, има неколико примена у савременом дизајнирању електронских кола, јер ће пројектант можда морати да ради са до три различита нивоа напона током процеса пројектовања.

Врсте Зенер диода:

Зенер диоде су категорисане у типове на основу неколико параметара који укључују;

1. Номинални напон
2. Расипање снаге
3. Предња погонска струја
4. Предњи напон
5. Тип паковања
6. Максимална реверзна струја

Номинални напон

Номинални радни напон ценер диоде познат је и као пробојни напон ценер диоде, у зависности од примене за коју ће се диода користити, ово је често најважнији критеријум за избор Зенер диоде.

Расипање снаге

Ово представља максималну количину снаге коју зенер струја може да расипа. Прекорачење ове вредности снаге доводи до прекомерног пораста температуре зенер диоде што би могло да је оштети и доведе до квара ствари које су повезане у коло. Стога овај фактор треба узети у обзир приликом одабира диоде имајући на уму.

Максимална Зенер струја

Ово је максимална струја која се може проћи кроз ценер диоду при напонском положају без оштећења уређаја.

Минимална Зенер струја

То се односи на минималну струју потребну да ценер диода почне да ради у региону пробоја.

Сви остали параметри који служе као спецификација за диоду морају се у потпуности размотрити пре него што се донесе одлука о врсти врсте зенер диоде која је потребна за тај особен дизајн.

Закључак:

Ево 5 тачака које никада не смете заборавити на ценер диоду.

1. Зенер диода је попут обичне диоде само зато што је допирана тако да има оштар пробојни напон.
2. Зенер диода одржава стабилан излазни напон, без обзира на улазни напон, под условом да максимална струја зенера није прекорачена.
3. Када је спојена у предњем пристрасности, зенер диода се понаша тачно као и нормална силиконска диода. Проводи са истим падом напона од 0,7 в који прати употребу нормалне диоде.
4. Подразумевано радно стање Зенер диоде је у подручју распада (обрнуто пристрасно). То значи да заправо почиње да ради када је примењени напон већи од Зенер-овог напона у обрнуто пристрасном положају.
5. Зенер диода се углавном користи у апликацијама које укључују регулацију напона, струјне кругове и преклопнике напона.