دیود زنر - چیست و برای چیست؟

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-02 13:53

دیود زنر یک دیود نیمه هادی با خواص منحصر به فرد است. اگر یک نیمه هادی معمولی هنگام روشن شدن مجدد عایق باشد، این عملکرد را تا افزایش معینی در ولتاژ اعمال شده انجام می دهد و پس از آن یک خرابی برگشت پذیر شبیه بهمن رخ می دهد. با افزایش بیشتر جریان معکوس که از دیود زنر می گذرد، ولتاژ به دلیل کاهش متناسب مقاومت ثابت باقی می ماند. به این ترتیب می توان به حالت تثبیت دست یافت.

در حالت بسته، ابتدا یک جریان نشتی کوچک از دیود زنر عبور می کند. این عنصر مانند یک مقاومت عمل می کند که مقدار مقاومت آن بزرگ است. در هنگام خرابی، مقاومت دیود زنر ناچیز می شود. اگر به افزایش ولتاژ در ورودی ادامه دهیم، المنت شروع به گرم شدن می کند و زمانی که جریان از مقدار مجاز فراتر رفت، برگشت ناپذیر است.شکست حرارتی اگر موضوع به آن وارد نشود، هنگامی که ولتاژ از صفر به حد بالایی منطقه کار تغییر می کند، خواص دیود زنر حفظ می شود.

وقتی یک دیود زنر مستقیماً روشن می شود، ویژگی ها مانند دیود است. هنگامی که مثبت به ناحیه p و منفی به ناحیه n متصل می شود، مقاومت انتقال کوچک است و جریان آزادانه از آن عبور می کند. با افزایش ولتاژ ورودی افزایش می یابد.

دیود زنر دیود خاصی است که عمدتاً در جهت مخالف متصل می شود. عنصر ابتدا در حالت بسته است. در صورت خرابی الکتریکی، دیود زنر ولتاژ آن را در یک محدوده جریان وسیع ثابت نگه می‌دارد.

یک منهای به آند اعمال می شود و یک مثبت به کاتد اعمال می شود. فراتر از تثبیت (زیر نقطه 2)، گرمای بیش از حد رخ می دهد و احتمال خرابی عنصر افزایش می یابد.

ویژگی ها

پارامترهای Zener به شرح زیر است:

• U_st - ولتاژ تثبیت در جریان نامی I_st;
• I_{st دقیقه - حداقل جریان شروع خرابی الکتریکی؛}
• I_{st max - حداکثر جریان مجاز؛}
• TKN - ضریب دما.

برخلاف دیودهای معمولی، دیود زنر یک دستگاه نیمه هادی است که در آن مناطق شکست الکتریکی و حرارتی از نظر مشخصه ولتاژ جریان کاملاً از هم فاصله دارند.

همراه با حداکثر جریان مجاز پارامتری است که اغلب در آن مشخص می شودجداول - اتلاف نیرو:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

وابستگی دما دیود زنر می تواند مثبت یا منفی باشد. با اتصال عناصر به صورت سری با ضرایب علائم مختلف، دیودهای زنر دقیقی ایجاد می شوند که به گرمایش یا سرمایش بستگی ندارند.

طرح‌های شمول

مدار معمولی یک تثبیت کننده ساده، متشکل از یک مقاومت بالاست R_{b و یک دیود زنر است که بار را شنت می کند.}

در برخی موارد، نقض ثبات وجود دارد.

1. تسلیم به تثبیت کننده یک ولتاژ زیاد از منبع تغذیه در حضور خازن فیلتر کننده در خروجی. افزایش جریان در هنگام شارژ می تواند باعث خرابی دیود زنر یا تخریب مقاومت R_{b شود.}
2. خاموش شدن بار. هنگامی که حداکثر ولتاژ به ورودی اعمال می شود، جریان دیود زنر ممکن است از حد مجاز فراتر رود که منجر به گرم شدن و تخریب آن می شود. در اینجا مهم است که منطقه گذرنامه کار ایمن را رعایت کنید.
3. مقاومت R_{b کوچک انتخاب می شود به طوری که در حداقل ولتاژ تغذیه ممکن و حداکثر جریان مجاز در بار، دیود زنر در ناحیه تنظیم کار قرار دارد.}

مدارها یا فیوزهای محافظ تریستور برای محافظت از تثبیت کننده استفاده می شود.

مقاومت R_{b با فرمول محاسبه می شود:}

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

جاریدیود زنر I_st بسته به ولتاژ ورودی U_pit و جریان بار I _{بین مقادیر حداکثر و حداقل مجاز انتخاب شده است. n.}

Zener Selection

عناصر دارای گسترش زیادی در ولتاژ تثبیت هستند. برای بدست آوردن مقدار دقیق U_{n، دیودهای زنر از همان دسته انتخاب می شوند. انواعی با دامنه باریکتر از پارامترها وجود دارد. با اتلاف توان زیاد، المان ها روی رادیاتورها نصب می شوند.}

برای محاسبه پارامترهای دیود زنر، داده های اولیه مورد نیاز است، برای مثال:

• U_{pit=12-15 V - ولتاژ ورودی;}
• U_{st=9 ولت - ولتاژ تثبیت شده؛}
• R_{n=50-100 میلی آمپر - بار.}

پارامترها برای دستگاه‌هایی با مصرف انرژی کم معمول هستند.

برای حداقل ولتاژ ورودی 12 ولت، جریان روی بار تا حداکثر 100 میلی آمپر انتخاب می شود. طبق قانون اهم، می توانید بار کل مدار را پیدا کنید:

R_{∑=12 V / 0.1 A=120 اهم.}

در دیود زنر، افت ولتاژ 9 ولت است. برای جریان 0.1 A، بار معادل خواهد بود:

R_{eq=9 V / 0.1 A=90 اهم.}

حالا می توانید مقاومت بالاست را تعیین کنید:

R_{b=120 اهم - 90 اهم=30 اهم.}

از ردیف استاندارد انتخاب می شود، جایی که مقدار آن با مقدار محاسبه شده یکسان است.

حداکثر جریان از طریق دیود زنر با در نظر گرفتن قطع شدن بار تعیین می شود تا در صورت عدم لحیم کاری سیم از بین نرود. افت ولتاژ در مقاومت برابر خواهد بود:

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

سپس جریان عبوری از مقاومت تعیین می شود:

I_{R=6/30=0، 2 A.}

از آنجایی که دیود زنر به صورت سری به آن متصل است، I_c=I_{R=0.2 A.}

استهلاک توان P=0.2∙9=1.8 W خواهد بود.

با توجه به پارامترهای به دست آمده، دیود زنر مناسب D815V انتخاب می شود.

دیود زنر متقارن

تریستور دیود متقارن یک وسیله سوئیچینگ است که جریان متناوب را هدایت می کند. یکی از ویژگی های کار آن افت ولتاژ تا چندین ولت در هنگام روشن شدن در محدوده 30-50 ولت است. می توان آن را با دو دیود زنر معمولی متصل به هم جایگزین کرد. دستگاه ها به عنوان عناصر سوئیچینگ استفاده می شوند.

آنالوگ دیود زنر

وقتی امکان یافتن یک عنصر مناسب وجود ندارد، از آنالوگ دیود زنر روی ترانزیستورها استفاده می کنند. مزیت آنها امکان تنظیم ولتاژ است. برای این کار می توان از تقویت کننده های DC چند مرحله ای استفاده کرد.

یک تقسیم کننده ولتاژ با یک مقاومت برش R1 در ورودی نصب شده است. اگر ولتاژ ورودی افزایش یابد، بر اساس ترانزیستور VT1 نیز افزایش می یابد. در همان زمان، جریان عبوری از ترانزیستور VT2 افزایش می‌یابد که افزایش ولتاژ را جبران می‌کند و در نتیجه آن را در خروجی ثابت نگه می‌دارد.

علامت گذاری دیودهای زنر

دیود زنر شیشه ای و دیود زنر در کیس های پلاستیکی تولید می شود. در حالت اول 2 عدد به آنها اعمال می شود که بین آنها حرف V قرار دارد کتیبه 9V1 به این معنی است کهU_{st=9، 1 V.}

روی قاب پلاستیکی، کتیبه ها با استفاده از یک دیتاشیت رمزگشایی می شوند، جایی که می توانید پارامترهای دیگر را نیز پیدا کنید.

حلقه تیره روی قاب نشان دهنده کاتدی است که پلاس به آن متصل است.

نتیجه گیری

دیود زنر دیودی با خواص ویژه است. مزیت دیودهای زنر، تثبیت ولتاژ بالا با طیف گسترده ای از تغییرات جریان عملیاتی و همچنین طرح های اتصال ساده است. برای تثبیت یک ولتاژ کوچک، دستگاه ها در جهت جلو روشن می شوند و مانند دیودهای معمولی شروع به کار می کنند.