Οι δίοδοι Zener είναι φυσιολογικές διόδους διακλάδωσης PN που λειτουργούν σε αντίστροφη προκατάληψη. Η λειτουργία της διόδου Zener είναι παρόμοια με μια δίοδο διακλάδωσης PN στην κατάσταση μεροληψίας προώθησης, αλλά η μοναδικότητα έγκειται στο γεγονός ότι μπορεί επίσης να διεξαχθεί όταν συνδέεται σε αντίστροφη μεροληψία πάνω από το όριο / τάση βλάβης. Αυτά είναι μεταξύ των βασικοί τύποι διόδων χρησιμοποιείται συχνά, εκτός από τις κανονικές διόδους.
Zener Diode Εργασία
Δίοδος ημιαγωγού σε κατάσταση αντίστροφης μεροληψίας
Εάν μπορείτε να θυμηθείτε, μια απλή δίοδος διακλάδωσης PN σχηματίζεται από έναν συνδυασμό υλικού ημιαγωγών τύπου p με υλικό ημιαγωγών τύπου n. Όταν η μία πλευρά ενός ημιαγωγού κρύσταλλου προσβάλλεται με ακαθαρσίες δότη και η άλλη πλευρά με ακαθαρσίες δέκτη, σχηματίζεται μια ένωση PN.
Αμερόληπτη δίοδος ημιαγωγών
Σε κανονικές συνθήκες, οι οπές από την πλευρά p τείνουν να διαχέονται σε μια περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης και το ίδιο συμβαίνει και για τα ηλεκτρόνια από την πλευρά n.
Έτσι, οι οπές διαχέονται στην πλευρά n και τα ηλεκτρόνια διαχέονται στην πλευρά p. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη συσσώρευση φορτίων γύρω από τη διασταύρωση, σχηματίζοντας μια περιοχή εξάντλησης.
Αμερόληπτη δίοδος ημιαγωγών
Μία ηλεκτρική πολικότητα ή ένα ηλεκτρικό δίπολο σχηματίζεται κατά μήκος της διασταύρωσης, προκαλώντας τη ροή της ροής από την επάνω πλευρά. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ποικίλη αρνητική ένταση ηλεκτρικού πεδίου, δημιουργώντας ηλεκτρικό δυναμικό κατά μήκος της διασταύρωσης. Αυτό το ηλεκτρικό δυναμικό είναι στην πραγματικότητα το κατώφλι τάσης της διόδου και είναι περίπου 0,6V για το πυρίτιο και 0,2V για το Germanium. Αυτό λειτουργεί ως πιθανό εμπόδιο για τη ροή των πλειοψηφικών φορέων φόρτισης και η συσκευή δεν λειτουργεί.
Τώρα, όταν μια κανονική δίοδος είναι προκατειλημμένη έτσι ώστε να εφαρμόζεται αρνητική τάση στην πλευρά n και θετική τάση στην πλευρά p, η δίοδος λέγεται ότι βρίσκεται σε κατάσταση εμπρόσθιας πόλωσης. Αυτή η εφαρμοζόμενη τάση τείνει να μειώνει το πιθανό φράγμα αφού υπερβεί την τάση κατωφλίου.
Σε αυτό το σημείο και μετά, οι πλειοψηφικοί φορείς διασχίζουν το πιθανό φράγμα και η συσκευή ξεκινά με τη ροή του ρεύματος μέσω αυτού.
Όταν η δίοδος είναι προκατειλημμένη σε αντίστροφη κατάσταση προς τα πάνω, η εφαρμοζόμενη τάση είναι τέτοια που αυξάνει το πιθανό φράγμα και εμποδίζει τη ροή των πλειοψηφικών φορέων. Ωστόσο, επιτρέπει τη ροή μειονοτικών φορέων (οπές σε τύπο n και ηλεκτρόνια σε τύπο p). Καθώς αυξάνεται αυτή η τάση αντίστροφης πόλωσης, το αντίστροφο ρεύμα τείνει να αυξάνεται σταδιακά.
Σε ένα ορισμένο σημείο, αυτή η τάση είναι τέτοια που προκαλεί τη διάσπαση της περιοχής εξάντλησης, προκαλώντας μια μαζική αύξηση της ροής του ρεύματος. Εδώ μπαίνει στο παιχνίδι η δίοδος Zener.
Η αρχή πίσω από το Zener Diod Working
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η βασική αρχή πίσω από τη λειτουργία μιας διόδου Zener έγκειται στην αιτία της διάσπασης για μια δίοδο σε αντίστροφη προκατειλημμένη κατάσταση. Κανονικά υπάρχουν δύο τύποι βλάβης - Zener και Avalanche.
Αρχή πίσω από τη λειτουργία της διόδου zener
Ανάλυση Zener
Αυτός ο τύπος βλάβης συμβαίνει για τάση αντίστροφης μεροληψίας μεταξύ 2 έως 8V. Ακόμη και σε αυτή τη χαμηλή τάση, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι αρκετά ισχυρή για να ασκήσει δύναμη στα ηλεκτρόνια σθένους του ατόμου έτσι ώστε να διαχωρίζονται από τους πυρήνες. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό κινητών ζευγών οπών ηλεκτρονίων, αυξάνοντας τη ροή ρεύματος σε όλη τη συσκευή. Η κατά προσέγγιση τιμή αυτού του πεδίου είναι περίπου 2 * 10 ^ 7 V / m.
Αυτός ο τύπος βλάβης συμβαίνει κανονικά για δίοδο υψηλής πρόσμιξης με χαμηλή τάση διακοπής και μεγαλύτερο ηλεκτρικό πεδίο. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, τα ηλεκτρόνια σθένους κερδίζουν περισσότερη ενέργεια για να αποσπαστούν από τον ομοιοπολικό δεσμό και απαιτείται μικρότερη ποσότητα εξωτερικής τάσης. Έτσι, η τάση διακοπής του Zener μειώνεται με τη θερμοκρασία.
Κατανομή χιονοστιβάδας
Αυτός ο τύπος βλάβης εμφανίζεται στην τάση αντίστροφης πόλωσης άνω των 8V και υψηλότερη. Εμφανίζεται για ελαφρά ντοπαρισμένες διόδους με μεγάλη τάση διακοπής. Καθώς οι φορείς φορτίου μειοψηφίας (ηλεκτρόνια) ρέουν κατά μήκος της συσκευής, τείνουν να συγκρούονται με τα ηλεκτρόνια στον ομοιοπολικό δεσμό και να προκαλούν τη διακοπή του ομοιοπολικού δεσμού. Καθώς αυξάνεται η τάση, η κινητική ενέργεια (ταχύτητα) των ηλεκτρονίων αυξάνεται επίσης και οι ομοιοπολικοί δεσμοί διασπώνται ευκολότερα, προκαλώντας αύξηση των ζευγών ηλεκτρονικών οπών. Η τάση διακοπής της χιονοστιβάδας αυξάνεται με τη θερμοκρασία.
3 Εφαρμογές διόδων Zener
1. Δίοδος Zener ως τάση
Σε κύκλωμα DC, η δίοδος Zener μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ρυθμιστής τάσης ή για παροχή αναφοράς τάσης. Η κύρια χρήση της διόδου Zener έγκειται στο γεγονός ότι η τάση σε μια δίοδο Zener παραμένει σταθερή για μεγαλύτερη αλλαγή στο ρεύμα. Αυτό καθιστά δυνατή τη χρήση μιας διόδου Zener ως συσκευής σταθερής τάσης ή ρυθμιστή τάσης.
Σε κάθε κύκλωμα τροφοδοσίας , ένας ρυθμιστής χρησιμοποιείται για την παροχή σταθερής τάσης εξόδου (φορτίο) ανεξάρτητα από διακύμανση της τάσης εισόδου ή διακύμανση του ρεύματος φορτίου. Η διακύμανση της τάσης εισόδου ονομάζεται ρύθμιση γραμμής, ενώ η διακύμανση στο ρεύμα φορτίου ονομάζεται ρύθμιση φορτίου.
Zener Diode ως ρυθμιστής τάσης
Ένα απλό κύκλωμα που περιλαμβάνει τη δίοδο Zener ως ρυθμιστή απαιτεί μια αντίσταση της χαμηλής τιμής που συνδέεται σε σειρά με την πηγή τάσης εισόδου. Η χαμηλή τιμή απαιτείται ώστε να επιτρέπει τη μέγιστη ροή ρεύματος μέσω της διόδου, που συνδέεται παράλληλα. Ωστόσο, με το μόνο περιορισμό, το ρεύμα μέσω της διόδου Zener δεν πρέπει να είναι μικρότερο από το ελάχιστο ρεύμα διόδου Zener. Με απλά λόγια, για μια ελάχιστη τάση εισόδου και ένα μέγιστο ρεύμα φορτίου, το ρεύμα διόδου Zener πρέπει πάντα να είναι Iζμμ.
Κατά το σχεδιασμό ενός ρυθμιστή τάσης χρησιμοποιώντας μια δίοδο Zener, ο τελευταίος επιλέγεται σε σχέση με τη μέγιστη βαθμολογία ισχύος του. Με άλλα λόγια, το μέγιστο ρεύμα μέσω της συσκευής πρέπει να είναι: -
ΕγώΜέγιστη= Τάση ισχύος / Zener
Δεδομένου ότι είναι γνωστή η τάση εισόδου και η απαιτούμενη τάση εξόδου, είναι πιο εύκολο να επιλέξετε μια δίοδο Zener με τάση περίπου ίση με την τάση φορτίου, δηλαδή Vz ~ = Vή.
Η τιμή της αντίστασης σειράς επιλέγεται να είναι
R = (Vσε- Βμε)/(ΕΓΩζμμ+ Εγώμεγάλο, όπου εγώμεγάλο= Τάση φορτίου / αντίσταση φορτίου.
Σημειώστε ότι για τάσεις φορτίου έως 8V, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μία μόνο δίοδος Zener. Ωστόσο, για τάσεις φορτίου πέραν των 8V, που απαιτούν τάσεις Zener υψηλότερης τιμής τάσης, συνιστάται να χρησιμοποιήσετε μια δίοδο προκαθορισμένη προς τα εμπρός σε σειρά με τη δίοδο Zener. Αυτό συμβαίνει επειδή η δίοδος Zener σε υψηλότερη τάση ακολουθεί την αρχή της διάσπασης της χιονοστιβάδας, έχοντας θετική θερμοκρασία του συντελεστή.
Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται δίοδος αρνητικού συντελεστή θερμοκρασίας για αντιστάθμιση. Φυσικά, αυτές τις μέρες, χρησιμοποιούνται πρακτικές δίοδοι Zener με αντιστάθμιση θερμοκρασίας.
2. Δίοδος Zener ως αναφορά τάσης
Δίοδος Zener ως αναφορά τάσης
Σε τροφοδοτικά και πολλά άλλα κυκλώματα, η δίοδος Zener βρίσκει την εφαρμογή της ως πάροχος σταθερής τάσης ή ως αναφορά τάσης. Οι μόνες συνθήκες είναι ότι η τάση εισόδου πρέπει να είναι μεγαλύτερη από την τάση Zener και η αντίσταση σειράς θα πρέπει να έχει μια ελάχιστη τιμή έτσι ώστε το μέγιστο ρεύμα να ρέει μέσω της συσκευής.
3. Η δίοδος Zener ως clamper τάσης
Σε ένα κύκλωμα που περιλαμβάνει την πηγή εισόδου AC, διαφορετικό από το κανονικό Κύκλωμα σύσφιξης διόδων PN , μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί δίοδος Zener. Η δίοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον περιορισμό της κορυφής της τάσης εξόδου σε τάση Zener από τη μία πλευρά και περίπου 0V σε άλλη πλευρά της ημιτονοειδούς κυματομορφής.
δίοδος zener ως clamper τάσης
Στο παραπάνω κύκλωμα, κατά τη διάρκεια του θετικού μισού κύκλου, όταν η τάση εισόδου είναι τέτοια ώστε η δίοδος zener να αντιστρέφεται αντίστροφα, η τάση εξόδου είναι σταθερή για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα έως ότου η τάση αρχίσει να μειώνεται.
Τώρα κατά τη διάρκεια του αρνητικού μισού κύκλου, η δίοδος Zener βρίσκεται σε προώθηση μεροληπτικής σύνδεσης. Καθώς η αρνητική τάση αυξάνεται στην τάση κατωφλιού προώθησης, η δίοδος αρχίζει να διεξάγεται και η αρνητική πλευρά της τάσης εξόδου περιορίζεται στην τάση κατωφλίου.
Σημειώστε ότι για να λάβετε τάση εξόδου μόνο σε θετικό εύρος, χρησιμοποιήστε δύο σειρές Zener αντίθετα μεροληπτικές.
Εφαρμογές εργασίας της διόδου Zener
Με την αυξανόμενη δημοτικότητα των smartphone, έργα με βάση το Android προτιμώνται αυτές τις μέρες. Αυτά τα έργα περιλαμβάνουν τη χρήση του Bluetooth συσκευές που βασίζονται σε τεχνολογία. Αυτές οι συσκευές Bluetooth απαιτούν περίπου 3V τάση για λειτουργία. Σε τέτοιες περιπτώσεις, μια δίοδος Zener χρησιμοποιείται για την παροχή αναφοράς 3V στη συσκευή Bluetooth.
Εφαρμογή λειτουργίας της διόδου Zener που περιλαμβάνει συσκευή Bluetooth
Μια άλλη εφαρμογή περιλαμβάνει τη χρήση της διόδου Zener ως ρυθμιστή τάσης. Εδώ η τάση AC διορθώνεται από τη δίοδο D1 και φιλτράρεται από τον πυκνωτή. Αυτή η φιλτραρισμένη τάση DC ρυθμίζεται από τη δίοδο για να παρέχει σταθερή τάση αναφοράς 15V. Αυτή η ρυθμιζόμενη τάση DC χρησιμοποιείται για την κίνηση του κυκλώματος ελέγχου, που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της μεταγωγής του φωτός, όπως σε ένα αυτοματοποιημένο σύστημα ελέγχου φωτισμού.
Εφαρμογή ρύθμισης τάσης διόδου Zener
Ελπίζουμε ότι μπορέσαμε να παρέχουμε ακριβείς αλλά ουσιαστικές πληροφορίες σχετικά με τη λειτουργία της δίοδος Zener και τις εφαρμογές της. Εδώ είναι μια απλή ερώτηση για τους αναγνώστες - Γιατί τα IC ρυθμιστή προτιμώνται κυρίως από τη δίοδο Zener στη ρυθμιζόμενη τροφοδοσία DC;
Δώστε τις απαντήσεις σας και φυσικά τα σχόλιά σας στην παρακάτω ενότητα σχολίων.
Φωτογραφικές μονάδες
- Η δίοδος Zener δουλεύει εκμάθηση της ηλεκτρονικής ηλεκτρονικής
- Αμερόληπτη δίοδος ημιαγωγών από wikimedia
- Αρχή πίσω από τη δίοδο zener που λειτουργεί τι-πότε-πώς
