„Zener“ diodai

Įvadas

Diodai paprastai yra žinomi kaip įtaisas, leidžiantis srovę tekėti viena kryptimi (į priekį nukreiptas) ir atsparus srovės srautui, kai naudojamas atvirkštiniame poslinkyje. Kita vertus, „ Zener“ diodas (pavadintas amerikiečių mokslininko C. Zenerio, kuris pirmą kartą paaiškino jo veikimo principus, vardu) ne tik leidžia srovės srautą, kai jis naudojamas į priekį, bet ir leidžia srovės srautą, kai naudojamas atvirkštiniame poslinkyje. kol kas taikoma įtampa viršija gedimo įtampą, vadinamą „ Zener“ skilimo įtampa. Arba, kitaip tariant, gedimo įtampa yra įtampa, kuriai esant Zenerio diodas pradeda veikti atvirkštine kryptimi.

„Zener“ diodo veikimo principas:

Įprastais diodais gedimo įtampa yra labai aukšta ir diodas sugadinamas visiškai, jei įtampa viršija gedimo diodą, tačiau „Zener“ dioduose gedimo įtampa nėra tokia didelė ir dėl to nenukenčia visam laikui diodo diodas, jei naudojama įtampa.

Kai atvirkštinė įtampa, naudojama Zenerio diodui, didėja link nurodytos gedimo įtampos (Vz), srovė pradeda tekėti per diodą, ir ši srovė yra žinoma kaip „ Zener“ srovė, o šis procesas yra žinomas kaip lavinos suskaidymas . Srovė padidėja iki maksimumo ir stabilizuojasi. Ši srovė išlieka pastovi plačiau taikant įtampą ir leidžia „Zener“ diodui atlaikyti didesnę įtampą, nepažeidžiant. Šią srovę lemia nuoseklusis rezistorius.

Apsvarstykite toliau pateiktus įprasto diodo vaizdus.

Norėdami parodyti zenerio diodo veikimą, apsvarstykite du toliau pateiktus eksperimentus (A ir B).

Be eksperimentuoti, 12V Stabilitronas diodas prijungtas atvirkštine šališkas, kaip parodyta paveikslėlyje, ir jis gali būti vertinamas, kad Stabilitronas diodas efektyviai blokavo įtampą, nes jis buvo mažiau / lygu konkrečios Stabilitronas diodas suskirstymas įtampa ir lempos taip liko nuošalyje.

Be Experiment B, 6V Stabilitronas diodas naudojamas atlieka (lemputė įsižiebia) Grįžtamieji šališkas, nes Taikomoji įtampa yra didesnė nei jo suskirstymas įtampa ir taip rodo, kad pasiskirstymas regionas yra veikimo Stabilitronas diodas regionas.

Žemiau parodyta Zenerio diodo srovės ir įtampos charakteristikos kreivė.

Iš grafiko galima spręsti, kad atvirkštinio poslinkio režimu veikiantis zenerio diodas turės gana pastovią įtampą, nepriklausomai nuo tiekiamos srovės kiekio.

„Zener“ diodo programos:

„Zener“ diodai naudojami trijose pagrindinėse elektroninių grandinių programose;

1. Įtampos reguliavimas

2. Bangos formos kirpimo mašina

3. Įtampos perjungiklis

1. „Zener“ diodas kaip įtampos reguliatorius

Tai, be abejo, yra dažniausias „zener“ diodų taikymas.

Šis „zener“ diodų naudojimas labai priklauso nuo „zener“ diodų sugebėjimo palaikyti pastovią įtampą, neatsižvelgiant į tiekimo ar apkrovos srovės pokyčius. Pagrindinė įtampos reguliavimo įtaiso funkcija yra užtikrinti pastovią išėjimo įtampą apkrovai, sujungtai lygiagrečiai su ja, neatsižvelgiant į energijos, atsirandančios dėl apkrovos (apkrovos srovė), pokyčius ar maitinimo įtampos nestabilumą.

„Zener“ diodas užtikrins pastovią įtampą, jei srovė lieka didžiausios ir mažiausios atvirkštinės srovės diapazone.

Žemiau parodyta grandinės schema, rodanti, kaip „ Zener“ diodas naudojamas kaip įtampos reguliatorius.

Rezistorius R1 yra nuosekliai sujungtas su zenerio diodu, kad būtų ribojamas srovės, tekančios per diodą, kiekis, o įėjimo įtampa Vin (kuri turi būti didesnė už zenerio įtampą) yra sujungta, kaip parodyta paveikslėlyje, ir išėjimo įtampa Vout, perimamas per zenerio diodą, kai Vout = Vz (Zenerio įtampa). Kadangi įtampai reguliuoti reikalingos atvirkštinės zenerio diodo poslinkio charakteristikos, jis jungiamas atvirkštinio poslinkio režimu, katodui jungiantis prie teigiamo grandinės bėgio.

Renkantis rezistoriaus R1 vertę reikia būti atsargiems, nes mažos vertės rezistorius sukels didelę diodo srovę, kai bus prijungta apkrova, ir tai padidins diodo galios išsklaidymo poreikį, kuris gali tapti didesnis už didžiausią galingumą „zener“ ir gali jį sugadinti.

Naudojamo rezistoriaus vertę galima nustatyti naudojant toliau pateiktą formulę.

R ₁ = (V _į - V _Z) / I _Z Tais atvejais, kai; R1 yra serijos pasipriešinimo vertė. Vin yra įėjimo įtampa. Vz, kuri yra tokia pati kaip „Vout“, yra „Zener“ įtampa, o „Iz“ - „Zener“ srovė.

Naudojant šią formulę tampa lengva užtikrinti, kad pasirinkto rezistoriaus vertė nesukels didesnės srovės, nei gali įveikti zeneris.

Viena nedidelė problema, susijusi su „zener“ diodų reguliatorių grandinėmis, yra ta, kad „ Zener“ kartais sukelia elektros triukšmą tiekimo bėgyje, bandydama reguliuoti įėjimo įtampą. Nors tai gali būti ne daugumos programų problema, ši problema gali būti išspręsta pridedant didelės vertės atsiejimo kondensatorių visame diode. Tai padeda stabilizuoti zenerio išvestį.

2. Zenerio diodas kaip bangos formos kirpimo mašina

Vienas iš įprastų diodų panaudojimo būdų yra karpymo ir tvirtinimo grandinės, kurios yra grandinės, naudojamos formuoti arba modifikuoti įvesties kintamosios srovės bangos formą arba signalą, gaminant skirtingos formos išvesties signalą, priklausomai nuo karpytuvo ar apkabos specifikacijų.

„Clippers“ grandinės paprastai yra grandinės, kurios naudojamos siekiant užkirsti kelią grandinės išėjimo signalui peržengti iš anksto nustatytą įtampos vertę, nekeičiant jokios kitos įvesties signalo ar bangos formos.

Šios grandinės kartu su spaustukais yra plačiai naudojamos analoginės televizijos ir FM radijo siųstuvuose trikdžiams pašalinti (užveržimo grandinėms) ir ribojant triukšmo smailes nukerpant aukštas smailes.

Kadangi „ Zener“ diodai paprastai elgiasi kaip įprasti diodai, kai naudojama įtampa nėra lygi sugedimo įtampai, jie taip pat naudojami kirpimo grandinėse.

Iškirpimo grandinės galėtų būti suprojektuotos taip, kad būtų galima užkirsti signalą teigiamajame, neigiamajame arba abiejuose regionuose. Nors diodas natūraliai atkirs kitą regioną esant 0,7 V įtampai, neatsižvelgiant į tai, ar jis buvo sukurtas kaip teigiamas, ar neigiamas kirpėjas.

Pavyzdžiui, apsvarstykite toliau pateiktą grandinę.

Apkirpimo grandinė skirta iškirpti išėjimo signalą esant 6,2 V įtampai, todėl buvo naudojamas 6,2 V „zener“ diodas. „Zener“ diodas neleidžia išėjimo signalui viršyti „zener“ įtampos, neatsižvelgiant į įėjimo bangos formą. Šiame konkrečiame pavyzdyje buvo naudojama 20v įėjimo įtampa, o išėjimo įtampa teigiamame svyravime buvo 6,2v, atitinkanti zenerio diodo įtampą. Neigiamos kintamosios srovės įtampos metu zenerio diodas elgiasi taip pat, kaip įprastas diodas, ir išjungia išėjimo įtampą esant 0,7 V įtampai, atitinkančiai įprastus silikoninius diodus.

Norint įgyvendinti kintamosios srovės grandinės neigiamo ir teigiamo posūkio kirpimo grandinę taip, kad įtampa būtų skirtingais teigiamo ir neigiamo svyravimo lygiais, naudojama dviguba „zener“ apkarpymo grandinė. Dvigubo „zener“ apkarpymo grandinės schema parodyta žemiau.

Aukščiau esančioje kirpimo grandinėje įtampa Vz2 reiškia įtampą neigiamame kintamosios srovės šaltinio svyravime, kai norima nukirpti išėjimo signalą, o įtampa Vz1 reiškia kintamosios srovės šaltinio, kuriame išėjimo įtampa, teigiamą svyravimą. norima nukirpti.

3. „Zener“ diodas kaip įtampos keitiklis

Įtampos keitiklis yra vienas iš paprasčiausių, bet įdomių „zener“ diodo pritaikymų. Jei turite patirties, ypač jungiant 3,3 V jutiklį prie 5 V MCU, ir iš pirmų lūpų matėte rodmenų klaidas ir pan., Kad tai gali juos sukelti, įvertinsite įtampos keitiklių svarbą. Įtampos perjungikliai padeda konvertuoti signalą iš vienos įtampos į kitą, o „zener“ diodas sugeba išlaikyti pastovią išėjimo įtampą gedimo srityje, todėl jie yra idealus komponentas operacijai.

„ Zener“ diodo įtampos perjungiklyje grandinė sumažina išėjimo įtampą verte, lygią tam tikro naudojamo „zener“ diodo sugedimo įtampai. Žemiau pavaizduota įtampos keitiklio schema.

Apsvarstykite toliau pateiktą eksperimentą,

Grandinėje aprašytas 3,3 V zenerio diodo įtampos perjungiklis. Grandinės išėjimo įtampa (3,72 V) gaunama atėmus zenerio diodo skilimo įtampą (3,3 V) iš įėjimo įtampos (7 V).

Vout = Vin –Vz

Vout = 7 - 3,3 = 3,7v

Įtampos keitiklis, aprašytas anksčiau, turi keletą pritaikymų šiuolaikinių elektroninių grandinių projektavimui, nes projektavimo metu kartais inžinieriui gali tekti dirbti iki trijų skirtingų įtampos lygių.

„Zener“ diodų tipai:

„Zener“ diodai skirstomi į tipus pagal kelis parametrus, kurie apima:

1. Nominali įtampa
2. Galios išsklaidymas
3. Priekinės pavaros srovė
4. Pirmyn įtampa
5. Pakuotės tipas
6. Didžiausia atvirkštinė srovė

Nominali įtampa

Nominali „zener“ diodo veikimo įtampa taip pat žinoma kaip „zener“ diodo gedimo įtampa, atsižvelgiant į taikymą, kuriam diodas bus naudojamas, dažnai tai yra svarbiausias „Zener“ diodo parinkimo kriterijus.

Galios išsklaidymas

Tai reiškia didžiausią galios kiekį, kurį gali išsklaidyti „zener“ srovė. Viršijus šią galios normą, pernelyg padidėja „zener“ diodo temperatūra, kuri gali jį sugadinti ir sukelti grandinėje esančių su juo susijusių dalykų gedimą. Taigi į šį veiksnį reikia atsižvelgti renkantis diodą atsižvelgiant į jo naudojimą.

Didžiausia „Zener“ srovė

Tai yra didžiausia srovė, kurią galima perduoti per zenerio diodą esant zenerio įtampai, nepažeidžiant prietaiso.

Minimali „Zener“ srovė

Tai reiškia mažiausią srovę, kurios reikia, kad „zener“ diodas pradėtų veikti suskirstymo srityje.

Prieš priimant sprendimą dėl tipo „zener“ diodo, reikalingo tam savitam dizainui, reikia visapusiškai atsižvelgti į kitus parametrus, kurie yra diodo specifikacija.

Išvada:

Čia yra 5 taškai, kurių niekada neturėtumėte pamiršti apie „zener“ diodą.

1. „Zener“ diodas yra panašus į paprastą diodą tik tuo, kad jam buvo leista su aštria gedimo įtampa.
2. „Zener“ diodas palaiko stabilią išėjimo įtampą, neatsižvelgiant į įėjimo įtampą, jei neviršijama didžiausios „zener“ srovės.
3. Prijungus į priekį, zenerio diodas elgiasi tiksliai taip, kaip įprastas silikono diodas. Jis atlieka tą patį 0,7 V įtampos kritimą, kuris lydi įprasto diodo naudojimą.
4. „Zener“ diodo numatytoji veikimo būsena yra suskirstymo srityje (atvirkščiai - neobjektyvi). Tai reiškia, kad jis iš tikrųjų pradeda veikti, kai naudojama įtampa atvirkštine įtampa yra didesnė nei „Zener Voltage“.
5. „Zener“ diodas dažniausiai naudojamas taikant įtampos reguliavimą, kirpimo grandines ir įtampos perjungiklius.