En halvlederdiode har mange "erhverv". Det kan rette op på spænding, løsne elektriske kredsløb, beskytte udstyr mod forkert strømforsyning. Men der er en ikke helt sædvanlig form for "arbejde" af dioden, når dens egenskab af envejsledning bruges meget indirekte. En halvlederenhed, for hvilken den normale tilstand er omvendt bias, kaldes en zenerdiode.
Indhold
Hvad er en zenerdiode, hvor bruges den og hvad er den
En zenerdiode eller en zenerdiode (opkaldt efter en amerikansk videnskabsmand, som var den første til at studere og beskrive egenskaberne ved denne halvlederenhed), er en konventionel diode med en p-n-forbindelse.Dens funktion er arbejde i sektionen af karakteristikken med en negativ bias, det vil sige, når spændingen påføres i omvendt polaritet. En sådan diode bruges som en uafhængig stabilisator, der holder forbrugerspændingen konstant, uanset ændringer i belastningsstrømmen og udsving i indgangsspændingen. Også knudepunkter på zenerdioder bruges som kilder til referencespænding for andre stabilisatorer med et udviklet kredsløb. Mindre almindeligt bruges en omvendt diode som et pulsformende element eller overspændingsbeskytter.
Der er konventionelle zenerdioder og to-anode. En to-anode zenerdiode er to dioder forbundet ryg mod ryg i et hus. Det kan erstattes af to separate enheder, inklusive dem i henhold til den relevante ordning.
Volt-ampere karakteristisk for zenerdioden og dens funktionsprincip
For at forstå princippet om drift af en zenerdiode er det nødvendigt at studere dens typiske strømspændingskarakteristik (CVC).
Hvis en spænding påføres zeneren i fremadgående retning, som til en konventionel diode, så vil den opføre sig som en konventionel diode. Ved en spænding på omkring 0,6 V (for en siliciumenhed) vil den åbne og gå ind i den lineære sektion af I–V-karakteristikken. Med hensyn til artiklens emne er opførselen af en zenerdiode mere interessant, når der påføres en spænding med omvendt polaritet (negativ gren af karakteristikken). For det første vil dens modstand stige kraftigt, og enheden stopper med at passere strøm. Men når en vis spændingsværdi er nået, vil der opstå en kraftig stigning i strømmen, kaldet sammenbrud. Den har lavinekarakter og forsvinder efter strømmen er fjernet.Hvis du fortsætter med at øge den omvendte spænding, vil p-n-krydset begynde at varme op og gå ind i termisk nedbrudstilstand. Termisk nedbrud er irreversibelt og betyder svigt af zenerdioden, så du bør ikke sætte dioden i denne tilstand.
Et interessant område for drift af en halvlederenhed i lavine-nedbrudstilstand. Dens form er tæt på lineær, og den har en høj stejlhed. Det betyder, at med en stor ændring i strøm (ΔI), er ændringen i spændingsfaldet over zenerdioden relativt lille (ΔU). Og det er stabilisering.
Denne adfærd, når der påføres en omvendt spænding, er typisk for enhver diode. Men det særlige ved zenerdioden er, at dens parametre i denne sektion af CVC er normaliseret. Dens stabiliseringsspænding og hældning er givet (med en vis spredning) og er vigtige parametre, der bestemmer enhedens egnethed i kredsløbet. Du kan finde dem i opslagsbøger. Almindelige dioder kan også bruges som zenerdioder - hvis du fjerner deres CVC og blandt dem er der en passende karakteristik. Men dette er en lang, besværlig proces med et ikke-garanteret resultat.
De vigtigste egenskaber ved zenerdioden
For at vælge en Zener-diode til eksisterende formål skal du kende flere vigtige parametre. Disse egenskaber vil bestemme egnetheden af den valgte enhed til at løse opgaverne.
Nominel stabiliseringsspænding
Den første parameter for zeneren, som du skal være opmærksom på, når du vælger, er stabiliseringsspændingen, som bestemmes af startpunktet for lavinesammenbrud. Det begynder med valget af en enhed til brug i kredsløbet.For forskellige tilfælde af almindelige zenerdioder, selv af samme type, har spændingen en spredning i området på flere procent, for præcisionsdioder er forskellen mindre. Hvis den nominelle spænding er ukendt, kan den bestemmes ved at samle et simpelt kredsløb. Du bør forberede:
- ballastmodstand 1 ... 3 kOhm;
- justerbar spændingskilde;
- voltmeter (du kan bruge en tester).
Det er nødvendigt at hæve strømkildens spænding fra nul ved at kontrollere spændingsvæksten ved zenerdioden ved hjælp af et voltmeter. På et tidspunkt vil den stoppe, på trods af en yderligere stigning i indgangsspændingen. Dette er den faktiske stabiliseringsspænding. Hvis der ikke er en reguleret kilde, kan du bruge en strømforsyning med en konstant udgangsspænding, der naturligvis er højere end Ustabilization. Skemaet og måleprincippet forbliver det samme. Men der er risiko for svigt af halvlederenheden på grund af overskud af driftsstrømmen.
Zener-dioder bruges til at arbejde med spændinger fra 2 ... 3 V til 200 V. For at danne en stabil spænding under dette område bruges andre enheder - stabistorer, der opererer i den direkte sektion af CVC.
Driftsstrømområde
Strømmen, ved hvilken zenerdioderne udfører deres funktion, er begrænset fra oven og neden. Nedefra er det begrænset af begyndelsen af den lineære sektion af den omvendte gren af CVC. Ved lavere strømme giver karakteristikken ikke en konstant spændingstilstand.
Den øvre værdi er begrænset af den maksimale effekttab, som en halvlederenhed er i stand til og afhænger af dens design. Zener-dioder i et metalhus er designet til mere strøm, men glem ikke brugen af køleplader.Uden dem vil den maksimalt tilladte dissipationseffekt være betydeligt mindre.
Differentiel modstand
En anden parameter, der bestemmer driften af zenerdioden, er differensmodstanden Rst. Det er defineret som forholdet mellem spændingsændringen ΔU og den aktuelle ændring ΔI, der forårsagede den. Denne værdi har modstandsdimensionen og måles i ohm. Grafisk er dette tangenten til hældningen af karakteristikkens arbejdssektion. Det er klart, at jo lavere modstand, jo bedre stabiliseringskvalitet. For en ideel (ikke eksisterende i praksis) zenerdiode er Rst lig nul - enhver stigning i strøm vil ikke forårsage nogen ændring i spændingen, og I-V karakteristikafsnittet vil være parallelt med y-aksen.
Zener diode mærkning
Indenlandske og importerede zenerdioder i en metalkasse er markeret enkelt og tydeligt. De er markeret med navnet på enheden og placeringen af anoden og katoden i form af en skematisk betegnelse.
Enheder i en plastikkasse er mærket med ringe og prikker i forskellige farver på katode- og anodesiderne. Ud fra farven og kombinationen af tegn kan du bestemme typen af enhed, men for dette skal du kigge i opslagsbøger eller bruge lommeregnerprogrammer. Begge kan findes på internettet.
Nogle gange påføres en stabiliseringsspænding på laveffekts zenerdioder.
Zener diode skifte kredsløb
Hovedkredsløbet til at tænde en zenerdiode er i serie med modstand, som indstiller strømmen gennem halvlederenheden og overtager overspændingen. De to elementer gør fælles divisor. Når indgangsspændingen ændres, forbliver faldet over zenerdioden konstant, mens faldet over modstanden ændres.
Et sådant kredsløb kan bruges uafhængigt og kaldes en parametrisk stabilisator. Den holder spændingen ved belastningen konstant, på trods af udsving i indgangsspændingen eller trukket strøm (inden for visse grænser). En lignende blok bruges også som et hjælpekredsløb, hvor der er behov for en referencespændingskilde.
En sådan inklusion bruges også som beskyttelse af følsomt udstyr (sensorer osv.) mod unormal forekomst af højspænding i strøm- eller måleledningen (konstante eller tilfældige impulser). Alt over halvlederenhedens stabiliseringsspænding "afbrydes". En sådan ordning kaldes en "Zener-barriere".
Tidligere var zenerdiodens egenskab til at "afskære" spændingstoppene i vid udstrækning i pulsformningskredsløb. To-anode enheder blev brugt i vekselstrømkredsløb.
Men med udviklingen af transistorteknologi og fremkomsten af integrerede kredsløb blev dette princip sjældent brugt.
Hvis der ikke er nogen zenerdiode ved hånden til den ønskede spænding, kan den bestå af to. Den samlede stabiliseringsspænding vil være lig med summen af de to spændinger.
Vigtig! Forbind ikke zenerdioder parallelt for at øge driftsstrømmen! Spredningen af strøm-spændingskarakteristika vil føre til output fra en zenerdiode ind i zonen med termisk nedbrydning, så vil den anden mislykkes på grund af overskydende belastningsstrøm.
Selvom det er tilladt i den tekniske dokumentation af Sovjetunionens tid parallel inklusion zenere parallelt, men med det forbehold at enhederne skal være af samme type og den samlede faktiske dissipationseffekt under drift ikke bør overstige det tilladte for en enkelt zenerdiode. Det vil sige, at en stigning i driftsstrømmen under denne betingelse ikke kan opnås.
For at øge den tilladte belastningsstrøm bruges et andet skema. Den parametriske stabilisator er suppleret med en transistor, og der opnås en emitterfølger med en belastning i emitterkredsløbet og en stabil transistor basisspænding.
I dette tilfælde vil stabilisatorens udgangsspænding være mindre end Ustabilisering med mængden af spændingsfald ved emitterforbindelsen - for en siliciumtransistor, omkring 0,6 V. For at kompensere for dette fald kan du tænde en diode i serie med zenerdioden i fremadgående retning.
På denne måde (ved at tænde for en eller flere dioder) kan du justere stabilisatorens udgangsspænding opad inden for et lille område. Hvis du skal øge Uout radikalt, er det bedre at tænde en zenerdiode mere i serie.
Omfanget af zenerdioden i elektroniske kredsløb er omfattende. Med en bevidst tilgang til valget vil denne halvlederenhed hjælpe med at løse mange problemer, der er tildelt udvikleren.
Lignende artikler:
