Bir yarı iletken diyotun birçok "mesleği" vardır. Voltajı düzeltebilir, elektrik devrelerini çözebilir, ekipmanı uygun olmayan güç kaynağından koruyabilir. Ancak, tek yönlü iletim özelliği çok dolaylı olarak kullanıldığında, diyotun oldukça olağan bir "iş" türü yoktur. Normal modu ters öngerilim olan bir yarı iletken cihaza zener diyot denir.
İçerik
Zener diyot nedir, nerede kullanılır ve ne işe yarar?
Bir zener diyotu veya bir Zener diyotu (adını bu yarı iletken cihazın özelliklerini inceleyen ve tanımlayan ilk Amerikalı bilim adamının adını almıştır), p-n bağlantıya sahip geleneksel bir diyottur.Özelliği, karakteristik bölümünde negatif bir önyargı ile, yani voltaj ters polaritede uygulandığında çalışır. Böyle bir diyot, yük akımındaki değişikliklerden ve giriş voltajındaki dalgalanmalardan bağımsız olarak tüketici voltajını sabit tutan bağımsız bir stabilizatör olarak kullanılır. Ayrıca, zener diyotlarındaki düğümler, gelişmiş devreli diğer stabilizatörler için referans voltaj kaynakları olarak kullanılır. Daha az yaygın olarak, bir darbe şekillendirme elemanı veya aşırı gerilim koruyucu olarak bir ters diyot kullanılır.
Geleneksel zener diyotlar ve iki anotlu olanlar vardır. İki anotlu bir zener diyot, bir mahfaza içinde arka arkaya bağlanmış iki diyottur. Uygun şemaya göre dahil olmak üzere iki ayrı cihazla değiştirilebilir.
Zener diyotun volt-amper özelliği ve çalışma prensibi
Zener diyotun çalışma prensibini anlamak için tipik akım-voltaj karakteristiğini (CVC) incelemek gerekir.
Zener'e geleneksel bir diyotta olduğu gibi ileri yönde bir voltaj uygulanırsa, geleneksel bir diyot gibi davranacaktır. Yaklaşık 0,6 V'luk bir voltajda (silikon cihaz için), açılır ve I–V karakteristiğinin doğrusal bölümüne girer. Makalenin konusuna gelince, bir zener diyotunun davranışı, ters polarite gerilimi uygulandığında daha ilginçtir (karakteristiğin negatif dalı). İlk olarak, direnci keskin bir şekilde artacak ve cihaz akım geçişini durduracaktır. Ancak belirli bir voltaj değerine ulaşıldığında, akımda bozulma denilen keskin bir artış meydana gelir. Çığ niteliğindedir ve güç kesildikten sonra kaybolur.Ters voltajı artırmaya devam ederseniz, p-n bağlantısı ısınmaya başlayacak ve termal arıza moduna girecektir. Termal bozulma geri döndürülemez ve zener diyotun arızası anlamına gelir, bu nedenle diyotu bu moda almamalısınız.
Çığ arıza modunda bir yarı iletken cihazın ilginç bir çalışma alanı. Şekli doğrusala yakındır ve dikliği yüksektir. Bu, akımdaki (ΔI) büyük bir değişiklikle, zener diyot boyunca voltaj düşüşündeki değişikliğin nispeten küçük (ΔU) olduğu anlamına gelir. Ve bu istikrar.
Ters voltaj uygularken bu davranış, herhangi bir diyot için tipiktir. Ancak zener diyotunun özelliği, CVC'nin bu bölümündeki parametrelerinin normalleştirilmesidir. Stabilizasyon gerilimi ve eğimi (belirli bir yayılımla) verilmiş olup, devredeki cihazın uygunluğunu belirleyen önemli parametrelerdir. Bunları referans kitaplarında bulabilirsiniz. Sıradan diyotlar, zener diyotları olarak da kullanılabilir - CVC'lerini çıkarırsanız ve aralarında uygun bir özellik vardır. Ancak bu, garanti edilmeyen bir sonucu olan uzun, zahmetli bir süreçtir.
Zener diyotun temel özellikleri
Mevcut amaçlar için bir Zener diyotu seçmek için birkaç önemli parametreyi bilmeniz gerekir. Bu özellikler, seçilen cihazın görevleri çözmek için uygunluğunu belirleyecektir.
Anma stabilizasyon voltajı
Zener seçimi yaparken dikkat etmeniz gereken ilk parametre çığ kırılmasının başlangıç noktası tarafından belirlenen stabilizasyon voltajıdır. Devrede kullanılacak bir cihazın seçimi ile başlar.Aynı türden bile olsa, sıradan zener diyotlarının farklı örnekleri için, gerilimin bölgede yüzde birkaç yayılımı vardır, hassas olanlar için fark daha düşüktür. Nominal gerilim bilinmiyorsa, basit bir devre kurularak belirlenebilir. Hazırlamalısınız:
- balast direnci 1 ... 3 kOhm;
- ayarlanabilir voltaj kaynağı;
- voltmetre (bir test cihazı kullanabilirsiniz).
Bir voltmetre kullanarak zener diyottaki voltaj büyümesini kontrol ederek güç kaynağının voltajını sıfırdan yükseltmek gerekir. Bir noktada, giriş voltajındaki daha fazla artışa rağmen duracaktır. Bu gerçek stabilizasyon voltajıdır. Düzenlenmiş bir kaynak yoksa, Ustabilizasyon'dan bariz bir şekilde daha yüksek sabit çıkış voltajına sahip bir güç kaynağı kullanabilirsiniz. Şema ve ölçüm prensibi aynı kalır. Ancak, çalışma akımının fazla olması nedeniyle yarı iletken cihazın arızalanma riski vardır.
Zener diyotları 2 ... 3 V ila 200 V arasındaki voltajlarla çalışmak için kullanılır. Bu aralığın altında sabit bir voltaj oluşturmak için diğer cihazlar kullanılır - CVC'nin doğrudan bölümünde çalışan stabilizatörler.
Çalışma akımı aralığı
Zener diyotların işlevini gerçekleştirdiği akım, yukarıdan ve aşağıdan sınırlıdır. Aşağıdan, CVC'nin ters dalının doğrusal bölümünün başlangıcı ile sınırlıdır. Daha düşük akımlarda, karakteristik sabit bir voltaj modu sağlamaz.
Üst değer, yarı iletken bir cihazın yapabileceği maksimum güç kaybı ile sınırlıdır ve tasarımına bağlıdır. Metal bir kasadaki Zener diyotları daha fazla akım için tasarlanmıştır, ancak soğutucuların kullanımını unutmayınız.Onlar olmadan, izin verilen maksimum dağıtım gücü önemli ölçüde daha az olacaktır.
diferansiyel direnç
Zener diyotun çalışmasını belirleyen bir diğer parametre de diferansiyel direnç Rst'dir. Gerilim değişikliği ΔU'nun, buna neden olan akım değişikliği ΔI'ye oranı olarak tanımlanır. Bu değer direnç boyutuna sahiptir ve ohm cinsinden ölçülür. Grafiksel olarak, bu, özelliğin çalışma bölümünün eğiminin tanjantıdır. Açıkçası, direnç ne kadar düşükse, stabilizasyon kalitesi o kadar iyi olur. İdeal (pratikte mevcut olmayan) bir zener diyot için, Rst sıfıra eşittir - akımdaki herhangi bir artış voltajda herhangi bir değişikliğe neden olmaz ve I–V karakteristik bölümü y eksenine paralel olacaktır.
Zener diyot işaretleme
Metal bir kasada yerli ve ithal zener diyotlar basit ve net bir şekilde işaretlenmiştir. Cihazın adı ve anot ve katodun konumu ile şematik bir gösterim şeklinde işaretlenirler.
Plastik kasadaki cihazlar, katot ve anot taraflarında çeşitli renklerde halkalar ve noktalarla işaretlenmiştir. Karakterlerin rengi ve kombinasyonu ile cihazın türünü belirleyebilirsiniz, ancak bunun için referans kitaplarına bakmanız veya hesaplayıcı programları kullanmanız gerekir. Her ikisi de internette bulunabilir.
Bazen düşük güçlü zener diyotlara bir stabilizasyon voltajı uygulanır.
Zener diyot anahtarlama devreleri
Bir zener diyotu açmak için ana devre ile seri halindedir. dirençakımı yarı iletken cihazdan ayarlayan ve aşırı voltajı alan . İki element yapar ortak bölen. Giriş voltajı değiştiğinde, zener diyotundaki düşüş sabit kalırken dirençteki düşüş değişir.
Böyle bir devre bağımsız olarak kullanılabilir ve buna parametrik stabilizatör denir. Giriş voltajındaki veya çekilen akımdaki dalgalanmalara (belirli sınırlar dahilinde) rağmen voltajı yükte sabit tutar. Benzer bir blok, bir referans voltaj kaynağının gerekli olduğu bir yardımcı devre olarak da kullanılır.
Bu tür dahil etme, hassas ekipmanın (sensörler, vb.) güç veya ölçüm hattında anormal yüksek voltaj oluşumundan (sabit veya rastgele darbeler) korunması olarak da kullanılır. Yarı iletken cihazın stabilizasyon voltajının üzerindeki herhangi bir şey "kesilir". Böyle bir şemaya "Zener bariyeri" denir.
Daha önce, zener diyotunun voltaj tepe noktalarını "kesme" özelliği, darbe şekillendirici devrelerde yaygın olarak kullanılıyordu. Alternatif akım devrelerinde iki anotlu cihazlar kullanılmıştır.
Ancak transistör teknolojisinin gelişmesi ve entegre devrelerin ortaya çıkmasıyla bu ilke nadiren kullanıldı.
İstenen voltaj için elinizde zener diyot yoksa ikiden oluşabilir. Toplam stabilizasyon voltajı, iki voltajın toplamına eşit olacaktır.
Önemli! Çalışma akımını artırmak için zener diyotları paralel bağlamayın! Akım-voltaj özelliklerinin yayılması, bir zener diyotun termal bozulma bölgesine çıkmasına neden olacak, ardından ikincisi aşırı yük akımı nedeniyle başarısız olacaktır.
SSCB zamanlarının teknik belgelerinde buna izin veriliyor olsa da paralel dahil etme paralel olarak, ancak cihazların aynı tipte olması ve çalışma sırasındaki toplam gerçek yayılım gücünün tek bir zener diyotu için izin verilen değeri aşmaması şartıyla. Yani, bu koşul altında çalışma akımında bir artış elde edilemez.
İzin verilen yük akımını arttırmak için başka bir şema kullanılır. Parametrik stabilizatör bir transistör ile desteklenir ve emitör devresindeki bir yük ve kararlı bir verici ile bir emitör takipçisi elde edilir. transistör taban gerilimi.
Bu durumda, stabilizatörün çıkış voltajı, emitör bağlantısındaki voltaj düşüşü miktarı ile Ustabilizasyon'dan daha az olacaktır - bir silikon transistör için yaklaşık 0,6 V. Bu düşüşü telafi etmek için seri olarak bir diyotu açabilirsiniz. zener diyotu ileri yönde.
Bu şekilde (bir veya daha fazla diyotu açarak) stabilizatörün çıkış voltajını küçük bir aralıkta yukarı doğru ayarlayabilirsiniz. Uout'u kökten artırmanız gerekiyorsa, seri olarak bir zener diyotu daha açmak daha iyidir.
Elektronik devrelerde zener diyotun kapsamı geniştir. Seçime bilinçli bir yaklaşımla, bu yarı iletken cihaz, geliştiriciye verilen birçok sorunu çözmeye yardımcı olacaktır.
Benzer makaleler:
