Zener diode su normalne PN spojne diode koje rade u obrnuto pristranom stanju. Rad Zener diode sličan je diodi PN spoja u unaprijed pristranom stanju, ali jedinstvenost leži u činjenici da može provoditi i kada je spojena u obrnutom prednaponu iznad svog praga / napona proboja. To su među osnovne vrste dioda koristi se često, osim uobičajenih dioda.
Zener dioda radi
Poluvodička dioda u obrnutom stanju pristranosti
Ako se sjećate, jednostavna dioda PN spoja nastaje kombinacijom poluvodičkog materijala p-tipa i poluvodičkog materijala n-tipa. Kada je jedna strana poluvodičkog kristala dopirana donorskim nečistoćama, a druga strana akceptorskim nečistoćama, nastaje PN spoj.
Nepristrana poluvodička dioda
U normalnim uvjetima, rupe s p strane imaju tendenciju difuzije u područje niske koncentracije, a isto se događa i za elektrone s n-strane.
Tako se rupe difuziraju na n-stranu, a elektroni na p-stranu. To rezultira nakupljanjem naboja oko spoja, tvoreći područje iscrpljivanja.
Nepristrana poluvodička dioda
Preko spoja nastaje električni polaritet ili električni dipol koji uzrokuje protok toka s n bočne gornje strane. To rezultira promjenljivim negativnim intenzitetom električnog polja, generirajući električni potencijal preko spoja. Ovaj električni potencijal zapravo je prag napona diode i iznosi oko 0,6 V za silicij i 0,2 V za germanij. To djeluje kao potencijalna prepreka za protok većinskih nosača naboja, a uređaj ne provodi.
Sada, kada je normalna dioda pristrana tako da se negativni napon primijeni na n stranu, a pozitivni na p stranu, kaže se da je dioda u prednjem stanju. Ovaj primijenjeni napon nastoji smanjiti potencijalnu barijeru nakon što pređe granični napon.
U ovom trenutku i nakon toga, većinski nosači prelaze potencijalnu barijeru i uređaj počinje provoditi s protokom struje kroz nju.
Kada je dioda pristrana u obrnutom stanju prema gore, primijenjeni napon je takav da dodaje potencijalnu barijeru i ometa protok većinskih nosača. Međutim, dopušta protok manjinskih nosača (rupe u n-tipu i elektroni u p-tipu). Kako se ovaj napon obrnutog prednapona povećava, obrnuta struja nastoji postupno rasti.
U određenom je trenutku ovaj napon takav da uzrokuje probijanje područja iscrpljivanja, uzrokujući masivan porast protoka struje. Tu dolazi do izražaja rad Zener diode.
Princip rada Zener diode
Kao što je gore rečeno, osnovni princip rada Zener diode leži u uzroku kvara diode u obrnuto pristranom stanju. Obično postoje dvije vrste kvara - Zener i Avalanche.
Načelo iza rada Zener diode
Zener slom
Ova vrsta sloma javlja se za obrnuti napon prednapona između 2 i 8V. Čak i pri ovom niskom naponu, intenzitet električnog polja je dovoljno jak da izvrši silu na valentne elektrone atoma tako da su odvojeni od jezgara. To rezultira stvaranjem pokretnih parova elektronskih rupa, povećavajući protok struje kroz uređaj. Približna vrijednost ovog polja je oko 2 * 10 ^ 7 V / m.
Ova vrsta sloma javlja se normalno za jako dopiranu diodu s malim naponom proboja i većim električnim poljem. Kako se temperatura povećava, valentni elektroni dobivaju više energije za ometanje kovalentne veze i potrebna je manja količina vanjskog napona. Tako se napon probijanja Zenera smanjuje s temperaturom.
Kvar lavine
Ova vrsta sloma događa se kod napona prednaponskog prednapona iznad 8V i više. Javlja se kod slabo dopiranih dioda s velikim naponom proboja. Dok manjinski nosači naboja (elektroni) prolaze kroz uređaj, oni se sudaraju s elektronima u kovalentnoj vezi i uzrokuju kovalentnu vezu u prekidu. Kako se napon povećava, tako se povećava i kinetička energija (brzina) elektrona, a kovalentne veze se lakše prekidaju, što uzrokuje povećanje parova elektronskih rupa. Napon sloma lavine raste s temperaturom.
3 Primjene Zener dioda
1. Zener dioda kao napon
U istosmjernom krugu, Zener dioda se može koristiti kao regulator napona ili kao referenca napona. Glavna upotreba Zener diode leži u činjenici da napon na Zener diodi ostaje konstantan za veću promjenu struje. To omogućuje upotrebu Zener-diode kao uređaja s konstantnim naponom ili regulatora napona.
U bilo kojem krug napajanja , regulator se koristi za osiguravanje konstantnog izlaznog napona (opterećenja) bez obzira na varijaciju ulaznog napona ili varijaciju struje opterećenja. Varijacija ulaznog napona naziva se regulacija linije, dok se promjena struje opterećenja naziva regulacija opterećenja.
Zener dioda kao regulator napona
Jednostavni sklop koji uključuje Zener-diodu kao regulator zahtijeva otpor niske vrijednosti povezan u seriju s ulaznim izvorom napona. Niska vrijednost potrebna je kako bi se omogućio maksimalni protok struje kroz paralelno spojenu diodu. Međutim, jedino ograničenje je što struja kroz Zener diodu ne smije biti manja od minimalne struje Zener diode. Jednostavno rečeno, za minimalni ulazni napon i maksimalnu struju opterećenja, struja Zener diode uvijek treba biti Izmin.
Tijekom projektiranja regulatora napona pomoću Zener-diode, ovaj se odabire s obzirom na njegovu maksimalnu snagu. Drugim riječima, maksimalna struja kroz uređaj trebala bi biti: -
Jamaks= Snaga / Zener napon
Budući da su poznati ulazni i potreban izlazni napon, lakše je odabrati Zener-diodu s naponom približno jednakim naponu opterećenja, tj. Vz ~ = Vili.
Odabrana je vrijednost serijskog otpora
R = (Vu- Vs) / (Izmin+ JaL), gdje jaL= Napon opterećenja / Otpor opterećenja.
Imajte na umu da se za napone opterećenja do 8V može koristiti jedna Zener dioda. Međutim, za napone opterećenja veće od 8V, koji zahtijevaju Zener-ove napone veće vrijednosti napona, poželjno je koristiti diodu s prednje pristranosti u nizu sa Zener-diodom. To je zato što Zener dioda pri višem naponu slijedi princip sloma lavine, imajući pozitivnu temperaturu koeficijenta.
Stoga se za kompenzaciju koristi dioda s negativnim temperaturnim koeficijentom. Naravno, danas se koriste praktične Zener diode s kompenzacijom temperature.
2. Zener dioda kao referentni napon
Zener dioda kao referentni napon
U napajanjima i mnogim drugim krugovima, Zener dioda pronalazi svoju primjenu kao dobavljač stalnog napona ili kao referenca napona. Jedini su uvjeti da ulazni napon treba biti veći od Zener-ovog napona, a serijski otpornik mora imati minimalnu vrijednost takvu da maksimalna struja teče kroz uređaj.
3. Zener dioda kao stezaljka napona
U krugu koji uključuje ulazni izvor izmjeničnog napona, različit od normalnog Krug za stezanje PN diode , može se koristiti i Zener dioda. Dioda se može koristiti za ograničavanje vrha izlaznog napona na Zener-ov napon s jedne i na oko 0V s druge strane sinusnog oblika vala.
zener dioda kao stezaljka napona
U gore navedenom krugu, tijekom pozitivnog poluciklusa, nakon što je ulazni napon takav da zener dioda bude obrnuto pristrana, izlazni napon je konstantan određeno vrijeme dok napon ne počne smanjivati.
Tijekom negativnog poluciklusa, Zener dioda je usmjerena prema pristranosti. Kako se negativni napon povećava na napon praga za usmjeravanje, dioda počinje provoditi, a negativna strana izlaznog napona ograničena je na prag napona.
Imajte na umu da za dobivanje izlaznog napona samo u pozitivnom rasponu upotrijebite dvije suprotno pristrane Zener diode u seriji.
Radne primjene Zener diode
S rastućom popularnošću pametnih telefona, projekti temeljeni na androidu danas se preferiraju. Ti projekti uključuju upotrebu Bluetooth uređaji temeljeni na tehnologiji. Ovi Bluetooth uređaji za rad trebaju oko 3V napona. U takvim se slučajevima koristi Zener dioda koja daje 3V referencu na Bluetooth uređaj.
Radna aplikacija Zener diode koja uključuje Bluetooth uređaj
Druga primjena uključuje upotrebu Zener diode kao regulatora napona. Ovdje se izmjenični napon ispravlja diodom D1, a filtrira kondenzatorom. Ovaj filtrirani istosmjerni napon regulira se diodom kako bi se osigurao konstantni referentni napon od 15V. Ovaj regulirani istosmjerni napon koristi se za pogon upravljačkog kruga, koji se koristi za upravljanje prekidačem svjetla, kao u automatizirani sustav upravljanja rasvjetom.
Primjena regulacije napona zener diode
Nadamo se da smo uspjeli pružiti precizne, ali bitne informacije o radu Zener diode i njezinim primjenama. Evo jednostavnog pitanja za čitatelje - Zašto su IC regulatori uglavnom preferirani nad Zener diodama u reguliranom istosmjernom napajanju?
Dajte svoje odgovore i, naravno, povratne informacije u odjeljku za komentare u nastavku.
Foto bodovi
- Zener dioda radi po učenjeaboutelektronike
- Nepristrana poluvodička dioda od wikimedia
- Načelo iza rada Zener diode što-kad-kako
