Zener diode - kas tas ir un kam tas paredzēts?

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-02 13:59

Zener diode ir pusvadītāju diode ar unikālām īpašībām. Ja parasts pusvadītājs pēc atkārtotas ieslēgšanas ir izolators, tad tas veic šo funkciju līdz noteiktam pielietotā sprieguma pieaugumam, pēc kura notiek lavīnai līdzīgs atgriezenisks sabrukums. Turpinot palielināt apgriezto strāvu, kas plūst caur Zenera diodi, spriegums turpina palikt nemainīgs proporcionālas pretestības samazināšanās dēļ. Tādā veidā ir iespējams sasniegt stabilizācijas režīmu.

Slēgtā stāvoklī neliela noplūdes strāva vispirms iziet caur Zenera diodi. Elements uzvedas kā rezistors, kura pretestības vērtība ir liela. Bojājuma laikā Zenera diodes pretestība kļūst nenozīmīga. Ja mēs turpinām palielināt spriegumu pie ieejas, elements sāk uzkarst un, kad strāva pārsniedz pieļaujamo vērtību, neatgriezenisks.termiskais sadalījums. Ja lieta netiek risināta, spriegumam mainoties no nulles līdz darba zonas augšējai robežai, Zenera diodes īpašības tiek saglabātas.

Kad Zener diode ir tieši ieslēgta, tās raksturlielumi ir tādi paši kā diodei. Kad pluss ir savienots ar p-apgabalu, bet mīnuss ir savienots ar n-apgabalu, pārejas pretestība ir maza un strāva plūst caur to brīvi. Tas palielinās, palielinoties ieejas spriegumam.

Zenera diode ir īpaša diode, kas savienota galvenokārt pretējā virzienā. Elements vispirms atrodas slēgtā stāvoklī. Elektrības pārtraukuma gadījumā Zenera diode to uztur nemainīgu plašā strāvas diapazonā.

Anodam tiek piemērots mīnuss, bet katodam - plus. Pēc stabilizācijas (zem 2. punkta) notiek pārkaršana un palielinās elementa atteices iespējamība.

Funkcijas

Zener parametri ir šādi:

• U_st - stabilizācijas spriegums pie nominālās strāvas I_st;
• I_{st min - minimālā elektriskās avārijas starta strāva;}
• I_{st max - maksimālā pieļaujamā strāva;}
• TKN - temperatūras koeficients.

Atšķirībā no parastās diodes, Zenera diode ir pusvadītāju ierīce, kurā elektriskās un termiskās sabrukšanas apgabali atrodas diezgan tālu viens no otra uz strāvas-sprieguma raksturlielumiem.

Ar maksimālo pieļaujamo strāvu saistīts parametrs, kas bieži norādītstabulas - jaudas izkliede:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

Zener diodes temperatūras atkarība var būt pozitīva vai negatīva. Savienojot elementus virknē ar dažādu zīmju koeficientiem, tiek izveidotas precīzas Zenera diodes, kas nav atkarīgas no apkures vai dzesēšanas.

Iekļaušanas shēmas

Tipiska vienkārša stabilizatora ķēde, kas sastāv no balasta pretestības R_{b un Zenera diodes, kas šuntē slodzi.}

Dažos gadījumos ir stabilizācijas pārkāpums.

1. Pakļaušana stabilizatoram lielam spriegumam no barošanas avota filtrējošā kondensatora klātbūtnē izejā. Strāvas pārspriegums lādēšanas laikā var izraisīt Zener diodes atteici vai rezistora R_b.
2. Ielādēt izslēgšanu. Kad ieejai tiek pielikts maksimālais spriegums, Zenera diodes strāva var pārsniegt pieļaujamo, kas novedīs pie tā sildīšanas un iznīcināšanas. Šeit ir svarīgi ievērot droša darba pases zonu.
3. Pretestība R_{b ir izvēlēta maza, lai pie minimālā iespējamā barošanas sprieguma un maksimālās pieļaujamās strāvas pie slodzes Zenera diode atrastos darba regulēšanas zonā.}

Tiristora aizsardzības shēmas vai drošinātāji tiek izmantoti, lai aizsargātu stabilizatoru.

Rezistors R_{b tiek aprēķināts pēc formulas:}

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

Pašreizējaiszenera diode I_st tiek izvēlēta starp pieļaujamo maksimālo un minimālo vērtību atkarībā no ieejas sprieguma U_pit un slodzes strāvas I _n.

Zeneru izlase

Elementiem ir liela stabilizācijas sprieguma izkliede. Lai iegūtu precīzu U_{n vērtību, Zener diodes tiek atlasītas no vienas un tās pašas partijas. Ir veidi ar šaurāku parametru diapazonu. Ar lielu jaudas izkliedi elementi tiek uzstādīti uz radiatoriem.}

Lai aprēķinātu Zenera diodes parametrus, ir nepieciešami sākotnējie dati, piemēram:

• U_{bedre=12-15 V - ieejas spriegums;}
• U_{st=9 V - stabilizēts spriegums;}
• R_{n=50–100 mA - slodze.}

Parametri ir raksturīgi ierīcēm ar zemu enerģijas patēriņu.

Ja minimālais ieejas spriegums ir 12 V, slodzes strāva tiek izvēlēta uz maksimālo - 100 mA. Saskaņā ar Oma likumu jūs varat atrast ķēdes kopējo slodzi:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 omi.}

Zener diodei sprieguma kritums ir 9 V. Strāvai 0,1 A ekvivalentā slodze būs:

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

Tagad varat noteikt balasta pretestību:

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

Tas ir atlasīts no standarta rindas, kur vērtība ir tāda pati kā aprēķinātā.

Maksimālā strāva caur Zenera diodi tiek noteikta, ņemot vērā slodzes atvienošanu, lai tā neizkristu, ja kāds vads tiek atlodēts. Sprieguma kritums pāri rezistoram būs:

U_{R=15–9=6 B.}

Tad tiek noteikta strāva caur rezistoru:

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

Tā kā Zenera diode ir savienota ar to virknē, I_c=I_{R=0,2 A.}

Jaudas izkliede būs P=0,2∙9=1,8 W.

Atbilstoši iegūtajiem parametriem tiek izvēlēta piemērota Zenera diode D815V.

Simetriska Zener diode

Simetrisko diožu tiristoru ir komutācijas ierīce, kas vada maiņstrāvu. Tās darba iezīme ir sprieguma kritums līdz vairākiem voltiem, kad tas ir ieslēgts diapazonā no 30 līdz 50 V. To var aizstāt ar divām pretsavienotām parastajām Zener diodēm. Ierīces tiek izmantotas kā pārslēgšanas elementi.

Zener diodes analogs

Ja nav iespējams atrast piemērotu elementu, uz tranzistoriem tiek izmantots Zener diodes analogs. To priekšrocība ir sprieguma regulēšanas iespēja. Šim nolūkam var izmantot daudzpakāpju līdzstrāvas pastiprinātājus.

Pie ieejas ir uzstādīts sprieguma dalītājs ar apgriešanas rezistoru R1. Ja ieejas spriegums palielinās, uz tranzistora VT1 bāzes tas arī palielinās. Tajā pašā laikā palielinās strāva caur tranzistoru VT2, kas kompensē sprieguma pieaugumu, tādējādi saglabājot to stabilu pie izejas.

Zener diožu marķēšana

Ražo stikla Zener diodes un Zener diodes plastmasas korpusos. Pirmajā gadījumā tiem tiek piemēroti 2 cipari, starp kuriem atrodas burts V. Uzraksts 9V1 nozīmē, kaU_{st=9, 1 V.}

Uz plastmasas korpusa uzraksti tiek atšifrēti, izmantojot datu lapu, kur var uzzināt arī citus parametrus.

Tumšais gredzens uz korpusa norāda katodu, kuram pievienots plus.

Secinājums

Zener diode ir diode ar īpašām īpašībām. Zener diožu priekšrocība ir augsts sprieguma stabilizācijas līmenis ar plašu darbības strāvas izmaiņu diapazonu, kā arī vienkāršas savienojuma shēmas. Lai stabilizētu nelielu spriegumu, ierīces tiek ieslēgtas virzienā uz priekšu, un tās sāk darboties kā parastas diodes.