Zenera diodes

Ievads

Diodes parasti ir pazīstamas kā ierīce, kas ļauj strāvas plūsmu vienā virzienā (novirzīta uz priekšu) un piedāvā pretestību strāvas plūsmai, ja to izmanto pretējā virzienā. No otras puses, Zenera diode (nosaukta pēc amerikāņu zinātnieka C. Zenera, kurš vispirms izskaidroja tā darbības principus) ne tikai pieļauj strāvas plūsmu, ja to izmanto novirzot uz priekšu, bet arī pieļauj strāvas plūsmu, ja to izmanto pretējā virzienā līdz šim pielietotais spriegums ir virs sadalīšanās sprieguma, kas pazīstams kā Zeneras sadalīšanās spriegums. Vai, citiem vārdiem sakot, sadalījuma spriegums ir spriegums, uz kura Zenera diode sāk vadīt pretējā virzienā.

Zenera diodes darbības princips:

Parastās diodēs sadalīšanās spriegums ir ļoti augsts, un, ja tiek piemērots spriegums, kas pārsniedz sadalījuma diode, diods sabojājas pilnībā, bet Zenera diodēs sadalīšanās spriegums nav tik augsts un nerada pastāvīgu zenera diode bojājumu, ja tiek piemērots spriegums.

Tā kā Zenera diodei piemērotais reversais spriegums palielinās uz norādīto sadalīšanās spriegumu (Vz), caur diode sāk plūst strāva, un šī strāva ir pazīstama kā Zenera strāva, un šis process ir pazīstams kā lavīnas sadalījums . Pašreizējais palielinās līdz maksimālajam līmenim un stabilizējas. Šī strāva paliek nemainīga plašākā pielietotā sprieguma diapazonā un ļauj Zenera diodei izturēt ar lielāku spriegumu, nesabojājot. Šo strāvu nosaka virknes rezistors.

Apsveriet zemāk redzamos attēlus par normālu diode darbībā.

Lai parādītu zenera diode darbības, apsveriet divus tālāk minētos eksperimentus (A un B).

Šajā eksperimentā, 12V Zener diode ir saistīts ar pretēja neobjektīvs, kā parādīts attēlā, un to var redzēt, ka Zener diode bloķēts spriegumu efektīvi, jo tas bija tik / vienāda ar sadalījums spriegumu konkrētā Zener diode un lampa, tādējādi palika nost.

Pēc eksperimenta B A 6v Zener Diode izmanto veic (spuldze iedegas) atpakaļgaitā neobjektīvs, jo pieliktā spriegums ir lielāks nekā tā sadalījums spriegumu un tādējādi liecina, ka sadalījums reģions ir reģions darbības Zener diode.

Zemāk parādīta Zenera diodes strāvas sprieguma raksturlīkne.

No grafika var secināt, ka zenera diodei, kas darbojas apgrieztā slīpuma režīmā, būs diezgan nemainīgs spriegums neatkarīgi no piegādātās strāvas lieluma.

Zenera diode lietojumi:

Zenera diodes tiek izmantotas trīs galvenajās elektronisko shēmu lietojumprogrammās;

1. Sprieguma regulēšana

2. Viļņu formas griezējs

3. Sprieguma pārslēdzējs

1. Zenera diode kā sprieguma regulators

Tas, iespējams, ir visizplatītākais zenera diodes pielietojums.

Šis zenera diodes pielietojums lielā mērā ir atkarīgs no zenera diodes spējas uzturēt nemainīgu spriegumu neatkarīgi no barošanas vai slodzes strāvas izmaiņām. Sprieguma regulēšanas ierīces galvenā funkcija ir nodrošināt pastāvīgu izejas spriegumu slodzei, kas savienota paralēli tai, neatkarīgi no slodzes piesaistītās enerģijas izmaiņām (slodzes strāva) vai barošanas sprieguma izmaiņām un nestabilitātes.

Zenera diode nodrošinās pastāvīgu spriegumu, ja strāva paliek maksimālās un minimālās reversās strāvas diapazonā.

Ķēdes shēma, kurā redzams, ka Zenera diode tiek izmantota kā sprieguma regulators, ir parādīta zemāk.

Rezistors R1 ir virknē savienots ar zenera diode, lai ierobežotu caur diodi plūstošās strāvas daudzumu, un ieejas spriegums Vin (kuram jābūt lielākam par zenera spriegumu) ir savienots pāri, kā parādīts attēlā, un izejas spriegums Vout, tiek ņemts pāri zenera diodei ar Vout = Vz (Zenera spriegums). Tā kā zenera diodes apgrieztās novirzes īpašības ir nepieciešamas sprieguma regulēšanai, tas ir savienots apgrieztā slīpuma režīmā, katodam pievienojot ķēdes pozitīvo sliedi.

Izvēloties rezistora R1 vērtību, jābūt uzmanīgam, jo maza lieluma rezistors, pieslēdzot slodzi, radīs lielu diodes strāvu, un tas palielinās diodes jaudas izkliedes prasību, kas varētu kļūt augstāka par maksimālo jaudu zener un var to sabojāt.

Izmantojamā rezistora vērtību var noteikt, izmantojot šādu formulu.

R ₁ = (V _in - V _Z) / I _Z Ja; R1 ir sērijas pretestības vērtība. Vin ir ieejas spriegums. Vz, kas ir tāds pats kā Vout, ir Zenera spriegums, un Iz ir Zenera strāva.

Izmantojot šo formulu, kļūst viegli pārliecināties, ka izvēlētā rezistora vērtība nenoved pie strāvas plūsmas, kas ir lielāka par to, ko spēj izturēt zener.

Viena neliela problēma, ar kuru saskaras regulatora ķēdes, kuru pamatā ir zenera diode, ir tāda, ka Zener dažkārt rada elektrisko troksni uz barošanas sliedes, mēģinot regulēt ieejas spriegumu. Lai gan lielākajai daļai lietojumprogrammu tā var nebūt problēma, šo problēmu var atrisināt, pievienojot lielas vērtības atdalīšanas kondensatoru pāri diodei. Tas palīdz stabilizēt zenera izvadi.

2. Zenera diode kā viļņu formas griezējs

Viens no parasto diodu izmantojumiem ir griešanas un iespīlēšanas ķēžu pielietošana, kas ir ķēdes, kuras tiek izmantotas, lai veidotu vai modificētu ieejas maiņstrāvas viļņu formu vai signālu, radot atšķirīgas formas izejas signālu atkarībā no griezēja vai skavotāja specifikācijām.

Clippers ķēdes parasti ir ķēdes, kuras tiek izmantotas, lai novērstu ķēdes izejas signāla pārsniegšanu iepriekš noteiktā sprieguma vērtībā, nemainot nevienu citu ieejas signāla vai viļņu formas daļu.

Šīs ķēdes kopā ar skavām tiek plaši izmantotas analogajā televīzijā un FM radio raidītājos, lai novērstu traucējumus (skavas ķēdes) un ierobežotu trokšņa virsotnes, sagriežot augstus pīķus.

Tā kā Zenera diodes parasti izturas kā parastās diodes, ja pielietotais spriegums nav vienāds ar sadalījuma spriegumu, tos tādējādi izmanto arī apgriešanas ķēdēs.

Apgriešanas ķēdes varētu būt paredzētas signāla saspiešanai pozitīvajā, negatīvajā vai abos reģionos. Lai gan diode dabiski atcels otru reģionu pie 0,7 V neatkarīgi no tā, vai tas tika veidots kā pozitīvs vai negatīvs griezējs.

Piemēram, ņemiet vērā zemāk esošo ķēdi.

Clipper ķēde ir paredzēta, lai nospiestu izejas signālu pie 6.2v, tāpēc tika izmantots 6.2v zenera diode. Zenera diode neļauj izejas signālam pārsniegt zenera spriegumu neatkarīgi no ieejas viļņu formas. Šajā konkrētajā piemērā tika izmantots 20 V ieejas spriegums, un izejas spriegums uz pozitīvās svārstības bija 6.2 V, kas atbilst zenera diode spriegumam. Tomēr maiņstrāvas sprieguma negatīvās svārstības laikā zenera diode darbojas tāpat kā parastais diode un saspiež izejas spriegumu pie 0,7 V, kas atbilst normālām silikona diodēm.

Lai ieviestu griešanas ķēdi maiņstrāvas ķēdes negatīvajai svārstībām, kā arī pozitīvajai svārstībai tādā veidā, ka spriegums dažādos līmeņos tiek saspiests pozitīvajā un negatīvajā šūpolē, tiek izmantota dubultā zenera cirpšanas ķēde. Divkāršās zenera cirpšanas ķēdes shēma ir parādīta zemāk.

Augšējā apgriešanas ķēdē spriegums Vz2 apzīmē spriegumu uz maiņstrāvas avota negatīvās svārstības, pie kuras vēlams apgriezt izejas signālu, bet spriegums Vz1 apzīmē spriegumu uz maiņstrāvas avota pozitīvās svārstības, pie kuras izejas spriegums ir vēlams to apgriezt.

3. Zenera diode kā sprieguma pārslēdzējs

Sprieguma pārslēdzējs ir viens no vienkāršākajiem, bet interesantajiem zenera diode pielietojumiem. Ja jums ir bijusi pieredze, īpaši savienojot 3,3 V sensoru ar 5 V MCU, un no pirmavotiem redzējāt kļūdas rādījumos utt., Kas tas var novest pie viņiem, jūs novērtēsiet sprieguma pārslēdzēju nozīmi. Sprieguma pārslēdzēji palīdz pārveidot signālu no viena sprieguma uz citu, un ar zenera diode spēju uzturēt vienmērīgu izejas spriegumu sadalījuma reģionā tas padara tos par ideālu komponentu darbībai.

Ar Zener diode balstīta sprieguma pārveidotājs, ķēde, pazemina izejas spriegumu, ar vērtību, kas līdzvērtīga sadalījums spriegumu konkrētā Zener diode, kas tiek izmantots. Sprieguma pārslēdzēja shēma ir parādīta zemāk.

Apsveriet tālāk sniegto eksperimentu,

Shēmā aprakstīts 3,3 V zenera diodes sprieguma pārslēdzējs. Ķēdes izejas spriegumu (3,72 V) iegūst, no ieejas sprieguma (7 V) atņemot zenera diode sadalīšanās spriegumu (3,3 V).

Vout = Vin –Vz

Vout = 7 - 3,3 = 3,7v

Iepriekš aprakstītajam sprieguma pārslēdzējam mūsdienu elektronisko ķēžu projektēšanā ir vairākas lietojumprogrammas, jo projektēšanas inženierim projektēšanas procesā dažreiz var nākties strādāt līdz trim dažādiem sprieguma līmeņiem.

Zenera diodes veidi:

Zenera diodes tiek iedalītas tipos, pamatojoties uz vairākiem parametriem, kas ietver:

1. Nominālais spriegums
2. Jaudas izkliede
3. Piedziņas strāva uz priekšu
4. Spriegums uz priekšu
5. Iepakojuma veids
6. Maksimālā apgrieztā strāva

Nominālais spriegums

Zenera diodes nominālais darbības spriegums ir pazīstams arī kā zenera diode sadalīšanās spriegums, atkarībā no lietojuma, kuram diode ir jāizmanto, tas bieži ir vissvarīgākais Zenera diode izvēles kritērijs.

Jaudas izkliede

Tas norāda maksimālo jaudu, ko zenera strāva var izkliedēt. Šīs jaudas pārsniegšana izraisa pārmērīgu zenera diode temperatūras paaugstināšanos, kas to var sabojāt un novest pie tā, ka ķēdē ir pievienotas lietas. Tādējādi šis faktors jāņem vērā, izvēloties diode, ņemot vērā lietošanu.

Maksimālā Zenera strāva

Šī ir maksimālā strāva, ko var nodot caur zenera diode pie zenera sprieguma, nesabojājot ierīci.

Minimālā Zenera strāva

Tas attiecas uz minimālo strāvu, kas nepieciešama, lai zenera diode sāktu darboties sadalījuma reģionā.

Citi parametri, kas kalpo kā diodes specifikācija, ir pilnībā jāņem vērā, pirms tiek pieņemts lēmums par zenera diode veidu, kas vajadzīgs šim savdabīgajam dizainam.

Secinājums:

Šeit ir 5 punkti, kurus nekad nevajadzētu aizmirst par zenera diode.

1. Zenera diode ir kā parasts diode tikai ar to, ka tam ir pievienots asas sadalīšanās spriegums.
2. Zenera diode uztur stabilu izejas spriegumu neatkarīgi no ieejas sprieguma, ja vien netiek pārsniegta maksimālā zenera strāva.
3. Savienojot ar priekšu slīpumu, zenera diode darbojas tieši tāpat kā parastā silikona diode. Tas vada ar tādu pašu 0,7 V sprieguma kritumu, kas pievienots parastā diodes lietošanai.
4. Zenera diode noklusējuma darbības stāvoklis ir sadalījuma apgabalā (apgriezts neobjektīvi). Tas nozīmē, ka tas faktiski sāk darboties, ja pielietotais spriegums ir lielāks nekā Zenera spriegums pretēji neobjektīvam.
5. Zenera diode galvenokārt tiek izmantota lietojumos, kas saistīti ar sprieguma regulēšanu, griešanas ķēdēm un sprieguma pārslēdzējiem.