Zener diodas – kas tai yra ir kam jis skirtas?

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-02 13:59

Zener diodas yra puslaidininkinis diodas, pasižymintis unikaliomis savybėmis. Jei paprastas puslaidininkis vėl įjungtas yra izoliatorius, tai jis šią funkciją atlieka iki tam tikro padidėjus įtampai, po kurios įvyksta laviną primenantis grįžtamasis gedimas. Toliau didėjant atvirkštinei srovei, tekančiai per zenerio diodą, įtampa ir toliau išlieka pastovi dėl proporcingai sumažėjusio pasipriešinimo. Tokiu būdu galima pasiekti stabilizavimo režimą.

Uždaroje būsenoje nedidelė nuotėkio srovė pirmiausia praeina per zenerio diodą. Elementas elgiasi kaip rezistorius, kurio varžos vertė yra didelė. Gedimo metu zenerio diodo varža tampa nereikšminga. Jei ir toliau didiname įtampą prie įėjimo, elementas pradeda kaisti, o srovei viršijus leistiną, atsiranda negrįžtamasterminis gedimas. Jei reikalas nepateikiamas, įtampai pasikeitus nuo nulio iki viršutinės darbinės zonos ribos, zenerio diodo savybės išsaugomos.

Kai zenerio diodas įjungiamas tiesiogiai, jo charakteristikos yra tokios pačios kaip ir diodo. Kai pliusas prijungtas prie p srities, o minusas prijungtas prie n srities, pereinamoji varža yra maža ir srovė per ją teka laisvai. Jis didėja didėjant įėjimo įtampai.

Zenerio diodas yra specialus diodas, prijungtas dažniausiai priešinga kryptimi. Elementas pirmiausia yra uždaroje būsenoje. Elektros gedimo atveju zenerio diodas palaiko ją pastovią plačiame srovės diapazone.

Anodui taikomas minusas, o katodui - pliusas. Be stabilizavimo (žemiau 2 taško), įvyksta perkaitimas ir padidėja elemento gedimo tikimybė.

Funkcijos

Zener parametrai yra tokie:

• U_st - stabilizavimo įtampa esant vardinei srovei I_st;
• I_{st min - minimali elektros gedimo paleidimo srovė;}
• I_{st max - didžiausia leistina srovė;}
• TKN – temperatūros koeficientas.

Skirtingai nei įprastas diodas, zenerio diodas yra puslaidininkinis įtaisas, kuriame elektros ir šiluminio gedimo sritys yra gana toli viena nuo kitos pagal srovės įtampos charakteristiką.

Susijęs su didžiausia leistina srove, dažnai nurodomas parametraslentelės – galios išsklaidymas:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

Zener diodo temperatūros priklausomybė gali būti teigiama arba neigiama. Sujungus elementus nuosekliai su skirtingų ženklų koeficientais, sukuriami tikslūs zenerio diodai, kurie nepriklauso nuo šildymo ar vėsinimo.

Įtraukimo schemos

Tipinė paprasto stabilizatoriaus grandinė, susidedanti iš balasto varžos R_{b ir zenerio diodo, kuris šuntuoja apkrovą.}

Kai kuriais atvejais pažeidžiamas stabilizavimas.

1. Padavimas stabilizatoriui didelės įtampos iš maitinimo š altinio, kai išėjime yra filtravimo kondensatorius. Srovės viršįtampiai jį įkraunant gali sukelti zenerio diodo gedimą arba rezistoriaus R_b.
2. Įkelti išjungti. Kai įvestyje yra maksimali įtampa, zenerio diodo srovė gali viršyti leistiną, o tai sukels jo kaitinimą ir sunaikinimą. Čia svarbu laikytis saugaus darbo paso zonos.
3. Varža R_{b parenkama maža, kad esant minimaliai galimai maitinimo įtampai ir maksimaliai leistinai srovei esant apkrovai, zenerio diodas būtų darbo reguliavimo zonoje.}

Tiristoriaus apsaugos grandinės arba saugikliai naudojami stabilizatoriui apsaugoti.

Rezistorius R_{b apskaičiuojamas pagal formulę:}

R_b=(U_duobė - U_nom)(Ist _{+ I}n_).

Dabartinėzenerio diodas I_st pasirenkamas tarp leistinų didžiausių ir mažiausių reikšmių, priklausomai nuo įėjimo įtampos U_pit ir apkrovos srovės I _n.

Zenero pasirinkimas

Elementų stabilizavimo įtampa labai skiriasi. Norint gauti tikslią U_{n reikšmę, zenerio diodai parenkami iš tos pačios partijos. Yra tipų su siauresniu parametrų diapazonu. Esant dideliam galios išsklaidymui, elementai montuojami ant radiatorių.}

Norint apskaičiuoti zenerio diodo parametrus, reikalingi pradiniai duomenys, pavyzdžiui, šie:

• U_{duobė=12-15 V - įėjimo įtampa;}
• U_{st=9 V – stabilizuota įtampa;}
• R_{n=50–100 mA – apkrova.}

Parametrai būdingi mažai energijos suvartojantiems įrenginiams.

Jei minimali įėjimo įtampa yra 12 V, apkrovos srovė parenkama maksimaliai – 100 mA. Pagal Ohmo dėsnį galite rasti bendrą grandinės apkrovą:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 omų.}

Zener diodo įtampos kritimas yra 9 V. Esant 0,1 A srovei, lygiavertė apkrova bus:

R_{eq=9 V / 0,1 A=90 omų.}

Dabar galite nustatyti balasto atsparumą:

R_{b=120 omų – 90 omų=30 omų.}

Jis pasirenkamas iš standartinės eilutės, kurioje reikšmė yra tokia pati kaip apskaičiuotoji.

Didžiausia srovė per zenerio diodą nustatoma atsižvelgiant į apkrovos atjungimą, kad ji nesugestų, jei bet koks laidas būtų išlituotas. Įtampos kritimas rezistoriuje bus:

U_{R=15–9=6 B.}

Tada nustatoma srovė per rezistorių:

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

Kadangi zenerio diodas su juo prijungtas nuosekliai, I_c=I_{R=0,2 A.}

Galios išsklaidymas bus P=0,2∙9=1,8 W.

Pagal gautus parametrus parenkamas tinkamas Zenerio diodas D815V.

Simetrinis zenerio diodas

Simetrinio diodo tiristorius yra perjungimo įtaisas, kuris laiduoja kintamąją srovę. Jo darbo ypatybė yra iki kelių voltų įtampos kritimas įjungus 30-50 V diapazone. Jį galima pakeisti dviem priešpriešais sujungtais įprastais zenerio diodais. Įrenginiai naudojami kaip perjungimo elementai.

Zener diodo analogas

Kai nėra galimybės rasti tinkamo elemento, jie naudoja zenerio diodo analogą ant tranzistorių. Jų privalumas – įtampos reguliavimo galimybė. Tam galima naudoti daugiapakopius nuolatinės srovės stiprintuvus.

Įėjime sumontuotas įtampos daliklis su apipjaustymo rezistoriumi R1. Jei įėjimo įtampa didėja, tranzistoriaus VT1 pagrindu ji taip pat didėja. Tuo pačiu metu didėja srovė per tranzistorių VT2, o tai kompensuoja įtampos padidėjimą, taip išlaikant ją stabilią išėjime.

Zener diodų žymėjimas

Gaminami stikliniai zenerio diodai ir zenerio diodai plastikiniuose korpusuose. Pirmuoju atveju jiems taikomi 2 skaičiai, tarp kurių yra raidė V. Užrašas 9V1 reiškia, kadU_{st=9, 1 V.}

Ant plastikinio korpuso užrašai iššifruojami naudojant duomenų lapą, kuriame galite sužinoti ir kitus parametrus.

Tamsus žiedas ant korpuso rodo katodą, prie kurio prijungtas pliusas.

Išvada

Zener diodas yra ypatingų savybių diodas. Zenerio diodų pranašumas yra aukštas įtampos stabilizavimo lygis su įvairiais veikimo srovės pokyčiais, taip pat paprastos prijungimo schemos. Norint stabilizuoti mažą įtampą, įrenginiai įjungiami pirmyn ir pradeda veikti kaip įprasti diodai.