Poluvodička dioda ima mnogo "profesija". Može ispraviti napon, odvezati električne krugove, zaštititi opremu od nepravilnog napajanja. Ali postoji ne sasvim uobičajena vrsta "rada" diode, kada se njezino svojstvo jednosmjerne vodljivosti koristi vrlo neizravno. Poluvodički uređaj za koji je normalni način rada obrnutog prednapona naziva se zener dioda.
Sadržaj
Što je zener dioda, gdje se koristi i što su
Zener dioda ili Zener dioda (nazvana po američkom znanstveniku koji je prvi proučavao i opisao svojstva ovog poluvodičkog uređaja) je konvencionalna dioda s p-n spojem.Njegova značajka je rad u dijelu karakteristike s negativnim pristranošću, odnosno kada se napon primjenjuje obrnutim polaritetom. Takva dioda se koristi kao neovisni stabilizator koji održava konstantan napon potrošača, bez obzira na promjene struje opterećenja i fluktuacije ulaznog napona. Također, čvorovi na zener diodama koriste se kao izvori referentnog napona za druge stabilizatore s razvijenim krugom. Rjeđe se reverzna dioda koristi kao element za oblikovanje impulsa ili zaštitnik od prenapona.
Postoje konvencionalne zener diode i one s dvije anode. Dvoanodna zener dioda su dvije diode spojene jedna uz drugu u jedno kućište. Može se zamijeniti s dva odvojena uređaja, uključujući i njih prema odgovarajućoj shemi.
Volt-amperska karakteristika zener diode i njezin princip rada
Da bismo razumjeli princip rada zener diode, potrebno je proučiti njezinu tipičnu strujno-naponsku karakteristiku (CVC).
Ako se na zener primijeni napon u smjeru naprijed, kao na konvencionalnu diodu, tada će se ponašati kao konvencionalna dioda. Pri naponu od oko 0,6 V (za silikonski uređaj) otvorit će se i ući u linearni dio I–V karakteristike. Na temu članka zanimljivije je ponašanje zener diode kada se primjenjuje napon obrnutog polariteta (negativna grana karakteristike). Prvo, njegov će se otpor naglo povećati, a uređaj će prestati propuštati struju. Ali kada se postigne određena vrijednost napona, doći će do oštrog povećanja struje, što se naziva slom. Ima lavinski karakter i nestaje nakon što se isključi struja.Ako nastavite povećavati obrnuti napon, tada će se p-n spoj početi zagrijavati i ući u način toplinskog kvara. Toplinski slom je nepovratan i znači kvar zener diode, tako da ne biste trebali stavljati diodu u ovaj način rada.
Zanimljivo područje rada poluvodičkog uređaja u načinu rada s lavinom. Oblik mu je blizak linearnom i ima veliku strminu. To znači da je uz veliku promjenu struje (ΔI), promjena pada napona na zener diodi relativno mala (ΔU). A ovo je stabilizacija.
Ovo ponašanje pri primjeni obrnutog napona tipično je za svaku diodu. Ali osobitost zener diode je da su njezini parametri u ovom odjeljku CVC-a normalizirani. Zadani su njegov stabilizacijski napon i nagib (s određenim širenjem) i važni su parametri koji određuju prikladnost uređaja u strujnom krugu. Možete ih pronaći u referentnim knjigama. Obične diode također se mogu koristiti kao zener diode - ako im uklonite CVC i među njima postoji odgovarajuća karakteristika. Ali ovo je dug, naporan proces s nezajamčenim rezultatom.
Glavne karakteristike zener diode
Da biste odabrali Zener diodu za postojeće namjene, morate znati nekoliko važnih parametara. Ove karakteristike će odrediti prikladnost odabranog uređaja za rješavanje zadataka.
Nazivni stabilizacijski napon
Prvi parametar zenera, na koji morate obratiti pažnju pri odabiru, je stabilizacijski napon, koji je određen početnom točkom sloma lavine. Počinje odabirom uređaja za korištenje u krugu.Za različite primjerke običnih zener dioda, čak i istog tipa, napon se širi u području od nekoliko posto, za precizne je razlika manja. Ako je nazivni napon nepoznat, može se odrediti sastavljanjem jednostavnog kruga. Trebali biste pripremiti:
- balastni otpornik 1 ... 3 kOhm;
- podesivi izvor napona;
- voltmetar (možete koristiti tester).
Potrebno je podići napon izvora napajanja s nule, kontrolirajući rast napona na zener diodi pomoću voltmetra. U nekom trenutku će se zaustaviti, unatoč daljnjem povećanju ulaznog napona. Ovo je stvarni stabilizacijski napon. Ako nema reguliranog izvora, možete koristiti napajanje s konstantnim izlaznim naponom očito višim od Ustabilizacije. Shema i princip mjerenja ostaju isti. Ali postoji opasnost od kvara poluvodičkog uređaja zbog viška radne struje.
Zener diode koriste se za rad s naponima od 2 ... 3 V do 200 V. Za stvaranje stabilnog napona ispod ovog raspona koriste se drugi uređaji - stabilizatori koji rade u izravnom dijelu CVC-a.
Raspon radne struje
Struja pri kojoj zener diode obavljaju svoju funkciju ograničena je odozgo i odozdo. Odozdo je ograničen početkom linearnog dijela obrnute grane CVC-a. Pri nižim strujama, karakteristika ne osigurava način konstantnog napona.
Gornja vrijednost ograničena je maksimalnom disipacijom snage koju je poluvodički uređaj sposoban i ovisi o njegovom dizajnu. Zener diode u metalnom kućištu dizajnirane su za više struje, ali ne zaboravite na korištenje hladnjaka.Bez njih, najveća dopuštena snaga disipacije bit će znatno manja.
Diferencijalni otpor
Drugi parametar koji određuje rad zener diode je diferencijalni otpor Rst. Definira se kao omjer promjene napona ΔU i promjene struje ΔI koja ju je uzrokovala. Ova vrijednost ima dimenziju otpora i mjeri se u omima. Grafički, ovo je tangenta nagiba radnog dijela karakteristike. Očito, što je manji otpor, to je bolja kvaliteta stabilizacije. Za idealnu (u praksi ne postojeću) zener diodu, Rst je jednak nuli - svako povećanje struje neće uzrokovati nikakvu promjenu napona, a I–V karakteristični presjek bit će paralelan s y-osi.
Označavanje Zener diode
Domaće i uvozne zener diode u metalnom kućištu označene su jednostavno i jasno. Označeni su nazivom uređaja i položajem anode i katode u obliku shematske oznake.
Uređaji u plastičnom kućištu označeni su prstenovima i točkama raznih boja na katodnoj i anodnoj strani. Po boji i kombinaciji znakova možete odrediti vrstu uređaja, ali za to morate pogledati u referentne knjige ili koristiti programe kalkulatora. I jedno i drugo se može naći na internetu.
Ponekad se stabilizacijski napon primjenjuje na zener diode male snage.
Preklopni krugovi Zener diode
Glavni krug za uključivanje zener diode je u seriji s otpornik, koji postavlja struju kroz poluvodički uređaj i preuzima višak napona. Dva elementa čine zajednički djelitelj. Kada se promijeni ulazni napon, pad na zener diodi ostaje konstantan, dok se pad na otporniku mijenja.
Takav sklop može se koristiti samostalno i naziva se parametarski stabilizator. Održava napon pri opterećenju konstantnim, unatoč fluktuacijama ulaznog napona ili struje (unutar određenih granica). Sličan blok se također koristi kao pomoćni krug gdje je potreban izvor referentnog napona.
Takvo uključivanje se također koristi kao zaštita osjetljive opreme (senzori i sl.) od abnormalne pojave visokog napona u strujnom ili mjernom vodu (konstantni ili slučajni impulsi). Sve što je iznad stabilizacijskog napona poluvodičkog uređaja je "odsječeno". Takva se shema naziva "Zenerova barijera".
Prije je svojstvo zener diode da "odsiječe" vrhove napona široko korišteno u krugovima za oblikovanje impulsa. U krugovima izmjenične struje korišteni su dvoanodni uređaji.
Ali s razvojem tehnologije tranzistora i pojavom integriranih sklopova, ovaj princip se rijetko koristio.
Ako pri ruci nema zener diode za željeni napon, može se sastaviti od dvije. Ukupni stabilizacijski napon bit će jednak zbroju dva napona.
Važno! Nemojte spajati zener diode paralelno kako biste povećali radnu struju! Širenje strujno-naponskih karakteristika dovest će do izlaza jedne zener diode u zonu toplinskog sloma, a zatim će druga propasti zbog viška struje opterećenja.
Iako je u tehničkoj dokumentaciji vremena SSSR-a dopušteno paralelno uključenje, Ubrajanje zenera paralelno, ali s tim da uređaji moraju biti istog tipa i ukupna stvarna snaga rasipa tijekom rada ne smije prelaziti dopuštenu za jednu zener diodu. To jest, povećanje radne struje pod ovim uvjetom ne može se postići.
Za povećanje dopuštene struje opterećenja koristi se druga shema. Parametarski stabilizator dopunjen je tranzistorom, a emiterski sljedbenik se dobiva opterećenjem u krugu emitera i stabilnim bazni napon tranzistora.
U tom slučaju, izlazni napon stabilizatora bit će manji od Ustabilizacije za iznos pada napona na emiterskom spoju - za silicijski tranzistor, oko 0,6 V. Da biste kompenzirali to smanjenje, možete uključiti diodu u seriji s zener dioda u smjeru naprijed.
Na taj način (uključivanjem jedne ili više dioda) možete podesiti izlazni napon stabilizatora prema gore unutar malog raspona. Ako trebate radikalno povećati Uout, bolje je uključiti još jednu zener diodu u nizu.
Opseg zener diode u elektroničkim sklopovima je opsežan. Uz svjesni pristup izboru, ovaj poluvodički uređaj pomoći će riješiti mnoge probleme dodijeljene programeru.
Slični članci:
