Zener-diode - hvad er det, og hvad er det til?

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-02 13:52

En zenerdiode er en halvlederdiode med unikke egenskaber. Hvis en almindelig halvleder er en isolator, når den tændes igen, så udfører den denne funktion indtil en vis stigning i den påførte spænding, hvorefter der opstår et lavinelignende reversibelt nedbrud. Med en yderligere stigning i den omvendte strøm, der strømmer gennem zenerdioden, forbliver spændingen konstant på grund af et proportion alt fald i modstand. På denne måde er det muligt at opnå stabiliseringstilstand.

I lukket tilstand passerer en lille lækstrøm først gennem zenerdioden. Elementet opfører sig som en modstand, hvis modstandsværdi er stor. Under sammenbrud bliver modstanden af zenerdioden ubetydelig. Hvis vi fortsætter med at øge spændingen ved indgangen, begynder elementet at varme op, og når strømmen overstiger den tilladte værdi, en irreversibeltermisk nedbrydning. Hvis sagen ikke bringes til det, når spændingen ændres fra nul til den øvre grænse af arbejdsområdet, bevares zenerdiodens egenskaber.

Når en zenerdiode tændes direkte, er egenskaberne de samme som en diode. Når plus er forbundet med p-området, og minus er forbundet med n-området, er overgangsmodstanden lille, og strømmen løber frit igennem den. Den stiger, når indgangsspændingen stiger.

En zenerdiode er en speciel diode, der for det meste er forbundet i den modsatte retning. Elementet er først i lukket tilstand. I tilfælde af et elektrisk nedbrud holder spændingszenerdioden den konstant over et bredt strømområde.

Der er et minus på anoden og et plus på katoden. Ud over stabilisering (under punkt 2), opstår der overophedning, og sandsynligheden for elementfejl stiger.

Funktioner

Zener-parametre er som følger:

• U_st - stabiliseringsspænding ved mærkestrøm I_st;
• I_{st min - minimum elektrisk nedbrud startstrøm;}
• I_{st max - maksim alt tilladt strøm;}
• TKN - temperaturkoefficient.

I modsætning til en konventionel diode er en zenerdiode en halvlederanordning, hvor de elektriske og termiske nedbrydningsområder er ret langt fra hinanden med hensyn til strøm-spændingskarakteristikken.

Forbundet med den maksim alt tilladte strøm er en parameter, der ofte er angivet itabeller - effekttab:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

Zenerdiodens temperaturafhængighed kan enten være positiv eller negativ. Ved at forbinde elementer i serie med koefficienter af forskellige fortegn skabes præcisionszenerdioder, der ikke er afhængige af opvarmning eller afkøling.

Inklusionsordninger

Typisk kredsløb for en simpel stabilisator, består af en ballastmodstand R_{b og en zenerdiode, der shunter belastningen.}

I nogle tilfælde er der en krænkelse af stabiliseringen.

1. Underkastelse til stabilisatoren af en stor spænding fra strømkilden i nærvær af en filtreringskondensator ved udgangen. Strømstød under opladning kan forårsage fejl i zenerdioden eller ødelæggelse af modstanden R_b.
2. Load shutdown. Når den maksimale spænding påføres indgangen, kan strømmen af zenerdioden overstige den tilladte, hvilket vil føre til dens opvarmning og ødelæggelse. Her er det vigtigt at overholde det sikre arbejdspasområde.
3. Modstand R_{b er valgt lille, så ved den mindst mulige forsyningsspænding og den maksim alt tilladte strøm ved belastningen er zenerdioden i arbejdsreguleringszonen.}

Tyristorbeskyttelseskredsløb eller sikringer bruges til at beskytte stabilisatoren.

Modstand R_{b beregnes ved hjælp af formlen:}

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

Aktueltzenerdiode I_st er valgt mellem de tilladte maksimum- og minimumværdier, afhængigt af indgangsspændingen U_pit og belastningsstrømmen I _n.

Zener Selection

Elementer har en stor spredning i stabiliseringsspændingen. For at få den nøjagtige værdi af U_{n, vælges zenerdioder fra samme batch. Der er typer med et snævrere spektrum af parametre. Med høj effekttab installeres elementerne på radiatorer.}

For at beregne parametrene for zenerdioden kræves indledende data, f.eks. disse:

• U_{pit=12-15 V - indgangsspænding;}
• U_{st=9 V - stabiliseret spænding;}
• R_{n=50-100 mA - belastning.}

Parametrene er typiske for enheder med lavt strømforbrug.

For en minimum indgangsspænding på 12 V vælges strømmen på belastningen til maksimum - 100 mA. I henhold til Ohms lov kan du finde den samlede belastning af kredsløbet:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 Ohm.}

Ved zenerdioden er spændingsfaldet 9 V. For en strøm på 0,1 A vil den ækvivalente belastning være:

R_{eq=9 V / 0,1 A=90 Ohm.}

Nu kan du bestemme modstanden af ballasten:

R_{b=120 Ohm - 90 Ohm=30 Ohm.}

Det er valgt fra standardrækken, hvor værdien er den samme som den beregnede.

Den maksimale strøm gennem zenerdioden bestemmes under hensyntagen til frakoblingen af belastningen, så den ikke svigter, hvis en ledning er uloddet. Spændingsfaldet over modstanden vil være:

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

Så er strømmen gennem modstanden bestemt:

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

Da zenerdioden er forbundet i serie med den, I_c=I_{R=0,2 A.}

Strømtab vil være P=0,2∙9=1,8 W.

I henhold til de opnåede parametre vælges en passende Zener-diode D815V.

Symmetrisk zenerdiode

Symmetrisk diodetyristor er en koblingsenhed, der leder vekselstrøm. Et træk ved dets arbejde er et spændingsfald på op til flere volt, når det tændes i området 30-50 V. Det kan erstattes af to modforbundne konventionelle zenerdioder. Enheder bruges som koblingselementer.

Analog af en zenerdiode

Når det ikke er muligt at finde et passende element, bruger de en analog af en zenerdiode på transistorer. Deres fordel er muligheden for spændingsregulering. Flertrins DC-forstærkere kan bruges til dette.

En spændingsdeler med en trimningsmodstand R1 er installeret ved indgangen. Hvis indgangsspændingen stiger, stiger den også på basis af transistor VT1. Samtidig stiger strømmen gennem transistoren VT2, hvilket kompenserer for stigningen i spændingen og derved holder den stabil ved udgangen.

Mærkning af zenerdioder

Glas zener-dioder og zener-dioder i plastikhylstre produceres. I det første tilfælde påføres dem 2 tal, mellem hvilke bogstavet V er placeret. Indskriften 9V1 betyder, atU_{st=9, 1 V.}

På plastkassen dechifreres inskriptionerne ved hjælp af et datablad, hvor du også kan finde ud af andre parametre.

Den mørke ring på kabinettet angiver katoden, som plus er tilsluttet.

Konklusion

En zenerdiode er en diode med specielle egenskaber. Fordelen ved zenerdioder er et højt niveau af spændingsstabilisering med en bred vifte af driftsstrømændringer samt enkle tilslutningsskemaer. For at stabilisere en lille spænding tændes enhederne i fremadgående retning, og de begynder at fungere som almindelige dioder.