Zenerdiode - hva er det og hva er det for?

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2024-01-02 14:00

En zenerdiode er en halvlederdiode med unike egenskaper. Hvis en vanlig halvleder er en isolator når den slås på igjen, utfører den denne funksjonen inntil en viss økning i den påførte spenningen, hvoretter det oppstår et skredlignende reversibelt sammenbrudd. Med en ytterligere økning i reversstrømmen som flyter gjennom zenerdioden, fortsetter spenningen å holde seg konstant på grunn av en proporsjonal reduksjon i motstand. På denne måten er det mulig å oppnå stabiliseringsmodus.

I lukket tilstand går først en liten lekkasjestrøm gjennom zenerdioden. Elementet oppfører seg som en motstand, hvis motstandsverdi er stor. Under sammenbrudd blir motstanden til zenerdioden ubetydelig. Hvis vi fortsetter å øke spenningen ved inngangen, begynner elementet å varmes opp og når strømmen overstiger den tillatte verdien, en irreversibeltermisk sammenbrudd. Hvis saken ikke blir brakt til det, når spenningen endres fra null til den øvre grensen for arbeidsområdet, bevares egenskapene til zenerdioden.

Når en zenerdiode slås direkte på, er egenskapene de samme som en diode. Når pluss er koblet til p-regionen, og minus er koblet til n-region, er overgangsmotstanden liten og strømmen flyter fritt gjennom den. Den stiger når inngangsspenningen øker.

En zenerdiode er en spesiell diode koblet stort sett i motsatt retning. Elementet er først i lukket tilstand. I tilfelle et elektrisk havari, holder spenningszenerdioden den konstant over et bredt strømområde.

Et minus påføres anoden, og et pluss på katoden. Utover stabilisering (under punkt 2), oppstår overoppheting og sannsynligheten for elementfeil øker.

Funksjoner

Zener-parametere er som følger:

• U_st - stabiliseringsspenning ved merkestrøm I_st;
• I_{st min - minimum elektrisk havari startstrøm;}
• I_{st max - maksim alt tillatt strøm;}
• TKN - temperaturkoeffisient.

I motsetning til en konvensjonell diode, er en zenerdiode en halvlederenhet der de elektriske og termiske nedbrytingsområdene er ganske langt fra hverandre med hensyn til strøm-spenningskarakteristikk.

Knyttet til maksim alt tillatt strøm er en parameter ofte spesifisert itabeller – krafttap:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

Temperaturavhengigheten til zenerdioden kan enten være positiv eller negativ. Ved å koble elementer i serie med koeffisienter av forskjellige fortegn, skapes presisjonszenerdioder som ikke er avhengig av oppvarming eller kjøling.

Inkluderingsordninger

Typisk krets for en enkel stabilisator, består av en ballastmotstand R_{b og en zenerdiode som shunter lasten.}

I noen tilfeller er det et brudd på stabiliseringen.

1. Underkastelse til stabilisatoren av en stor spenning fra strømkilden i nærvær av en filtreringskondensator ved utgangen. Strømstøt under lading kan forårsake svikt i zenerdioden eller ødeleggelse av motstanden R_b.
2. Lastavstengning. Når den maksimale spenningen påføres inngangen, kan strømmen til zenerdioden overstige den tillatte, noe som vil føre til oppvarming og ødeleggelse. Her er det viktig å observere det sikre arbeidspassområdet.
3. Motstand R_{b velges liten slik at ved minimum mulig forsyningsspenning og maksim alt tillatt strøm ved belastningen, er zenerdioden i arbeidsreguleringssonen.}

Tyristorbeskyttelseskretser eller sikringer brukes for å beskytte stabilisatoren.

Resistor R_{b beregnes ved hjelp av formelen:}

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

Gjeldendezenerdiode I_st velges mellom tillatte maksimums- og minimumsverdier, avhengig av inngangsspenningen U_pit og belastningsstrømmen I _n.

Zener Selection

Elementer har stor spredning i stabiliseringsspenning. For å få den nøyaktige verdien av U_{n, velges zenerdioder fra samme batch. Det finnes typer med et smalere spekter av parametere. Med høy effekttap er elementene installert på radiatorer.}

For å beregne parameterne til zenerdioden kreves initialdata, for eksempel disse:

• U_{pit=12-15 V - inngangsspenning;}
• U_{st=9 V - stabilisert spenning;}
• R_{n=50-100 mA – belastning.}

Parametrene er typiske for enheter med lavt strømforbruk.

For en minimum inngangsspenning på 12 V, velges strømmen på lasten til maksimum - 100 mA. I henhold til Ohms lov kan du finne den totale belastningen til kretsen:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 Ohm.}

Ved zenerdioden er spenningsfallet 9 V. For en strøm på 0,1 A vil ekvivalent belastning være:

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

Nå kan du bestemme motstanden til ballasten:

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

Den er valgt fra standardraden, der verdien er den samme som den beregnede.

Maksimal strøm gjennom zenerdioden bestemmes under hensyntagen til frakobling av lasten slik at den ikke svikter hvis en ledning er uloddet. Spenningsfallet over motstanden vil være:

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

Deretter bestemmes strømmen gjennom motstanden:

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

Siden zenerdioden er koblet i serie med den, I_c=I_{R=0,2 A.}

Krafttap vil være P=0,2∙9=1,8 W.

I henhold til de oppnådde parameterne, velges en passende Zener-diode D815V.

Symmetrisk zenerdiode

Symmetrisk diodetyristor er en koblingsenhet som leder vekselstrøm. Et trekk ved arbeidet er et spenningsfall på opptil flere volt når den er slått på i området 30-50 V. Den kan erstattes av to motkoblede konvensjonelle zenerdioder. Enheter brukes som bytteelementer.

Analog av en zenerdiode

Når det ikke er mulig å finne et passende element, bruker de en analog av en zenerdiode på transistorer. Deres fordel er muligheten for spenningsregulering. Flertrinns DC-forsterkere kan brukes til dette.

En spenningsdeler med trimmemotstand R1 er installert ved inngangen. Hvis inngangsspenningen øker, øker den også på grunnlag av transistor VT1. Samtidig øker strømmen gjennom transistoren VT2, noe som kompenserer for spenningsøkningen og holder den stabil ved utgangen.

Merking av zenerdioder

Glass zenerdioder og zenerdioder i plastkasser produseres. I det første tilfellet brukes 2 tall på dem, mellom hvilke bokstaven V er plassert. Inskripsjonen 9V1 betyr atU_{st=9, 1 V.}

På plastkassen er inskripsjonene dechiffrert ved hjelp av et datablad, hvor du også kan finne ut andre parametere.

Den mørke ringen på dekselet indikerer katoden som plusset er koblet til.

Konklusjon

En zenerdiode er en diode med spesielle egenskaper. Fordelen med zenerdioder er et høyt nivå av spenningsstabilisering med et bredt spekter av driftsstrømendringer, samt enkle tilkoblingsskjemaer. For å stabilisere en liten spenning slås enhetene på i retning forover, og de begynner å fungere som vanlige dioder.