Zener-diodit ovat normaaleja PN-liitosdiodeja, jotka toimivat käänteisesti esijännitetyssä tilassa. Zener-diodin toiminta on samanlainen kuin PN-liitosdiodi eteenpäin suuntautuvassa tilassa, mutta ainutlaatuisuus on siinä, että se voi myös toimia, kun se on kytketty käänteisessä esijännitteessä kynnyksen / rikkoutumisjännitteen yläpuolelle. Nämä ovat diodien perustyypit käytetään usein, lukuun ottamatta normaaleja diodeja.

Zener-diodi toimii

Puolijohdediodi käänteisessä esijännitetilassa

Jos muistat, yksinkertainen PN-liitosdiodi muodostetaan yhdistämällä p-tyyppinen puolijohdemateriaali n-tyypin puolijohdemateriaaliin. Kun puolijohdekiteen toinen puoli on seostettu luovuttajan epäpuhtauksilla ja toinen puoli akseptorin epäpuhtauksilla, muodostuu PN-liitos.

Puolueeton puolijohdediodi

Normaaleissa olosuhteissa p-puolen reiät pyrkivät diffundoitumaan matalan konsentraation alueelle, ja sama asia tapahtuu elektroneille n-puolelta.

Siten reiät diffundoituvat n-puolelle ja elektronit diffundoituvat p-puolelle. Tämä johtaa varausten kertymiseen risteyksen ympärille muodostaen ehtymisalueen.

Puolueeton puolijohdediodi

Risteyksen yli muodostuu sähköinen napaisuus tai sähköinen dipoli, joka aiheuttaa vuon virtauksen n: n sivun yläpuolelta. Tämä johtaa vaihtelevaan negatiivisen sähkökentän intensiteettiin, mikä tuottaa sähköisen potentiaalin risteyksessä. Tämä sähköpotentiaali on itse asiassa diodin kynnysjännite ja on noin 0,6 V piille ja 0,2 V Germaniumille. Tämä toimii potentiaalisena esteenä useimpien latauskantajien virtaukselle, eikä laite johda.

Nyt kun normaali diodi on esijännitetty siten, että negatiiviselle jännitteelle syötetään n-puoli ja positiivinen jännite p-puolelle, diodin sanotaan olevan eteenpäin esijännitetilassa. Tällä käytetyllä jännitteellä on taipumus pienentää potentiaalista estettä sen jälkeen, kun se ylittää kynnysjännitteen.

Tässä vaiheessa ja sen jälkeen suurin osa kantajista ylittää potentiaalisen esteen ja laite alkaa johtaa sen läpi kulkevalla virtauksella.

Kun diodi on esijännitetty päinvastaisessa tilassa yli, käytetty jännite on sellainen, että se lisää potentiaalista estettä ja estää enemmistön kantoaaltojen virtausta. Se sallii kuitenkin vähemmistökantajien virtauksen (reiät n-tyypissä ja elektronit p-tyypissä). Kun tämä käänteinen esijännite kasvaa, vastavirta pyrkii kasvamaan vähitellen.

Tietyssä pisteessä tämä jännite on sellainen, että se aiheuttaa ehtymisalueen hajoamisen aiheuttaen massiivisen virran kasvun. Tässä tulee toimimaan Zener-diodi.

Zener-diodin toiminnan periaate

Kuten edellä todettiin, Zener-diodin toiminnan taustalla oleva periaate on diodin hajoamisen syy käänteisessä esijännitetyssä tilassa. Normaalisti on kaksi erittelytyyppiä - Zener ja Avalanche.

“miten imu toimii ”

Zener-diodin toiminnan periaate

Zenerin hajoaminen

Tämän tyyppinen hajoaminen tapahtuu käänteisen esijännitteen välillä 2 - 8 V. Jopa tällä matalalla jännitteellä sähkökentän voimakkuus on riittävän voimakas kohdistamaan voiman atomin valenssielektroneihin siten, että ne ovat erillään ytimistä. Tämä johtaa liikkuvien elektroni-reikäparien muodostumiseen, mikä lisää virran kulkua laitteen yli. Tämän kentän likimääräinen arvo on noin 2 * 10 ^ 7 V / m.

Tämän tyyppinen hajoaminen tapahtuu normaalisti erittäin seostetulle diodille, jolla on pieni rikkoutumisjännite ja suurempi sähkökenttä. Lämpötilan noustessa valenssielektronit saavat enemmän energiaa hajoamaan kovalenttisesta sidoksesta ja tarvitaan vähemmän ulkoista jännitettä. Siten Zenerin rikkoutumisjännite pienenee lämpötilan mukana.

Lumivyöryjen hajoaminen

Tämän tyyppinen hajoaminen tapahtuu päinvastaisessa esijännitteessä, joka on yli 8 V ja suurempi. Sitä esiintyy kevyesti seostetuilla diodeilla, joilla on suuri rikkoutumisjännite. Kun vähemmistövarauksen kantajat (elektronit) virtaa laitteen poikki, ne pyrkivät törmäämään kovalenttisessa sidoksessa olevien elektronien kanssa ja aiheuttamaan kovalenttisen sidoksen hajoamisen. Jännitteen kasvaessa myös elektronien kineettinen energia (nopeus) kasvaa ja kovalenttiset sidokset hajoavat helpommin aiheuttaen elektroni-reikäparien lisääntymisen. Lumivyöryjen rikkoutumisjännite kasvaa lämpötilan mukana.

3 Zener-diodisovellusta

1. Zener-diodi jännitteenä

DC-piirissä Zener-diodia voidaan käyttää jännitteen säätimenä tai jänniteohjeen tuottamiseksi. Zener-diodin pääasiallinen käyttötarkoitus on se, että Zener-diodin jännite pysyy vakiona suuremman virran muutoksen vuoksi. Tämä tekee mahdolliseksi käyttää Zener-diodia vakiojännitelaitteena tai jännitesäätimenä.

Missä tahansa virtalähde , säätintä käytetään tuottamaan vakio lähtö (kuorma) jännite tulojännitteen vaihtelusta tai kuormavirran vaihtelusta riippumatta. Tulojännitteen vaihtelua kutsutaan linjasäätelyksi, kun taas kuormavirran vaihtelua kutsutaan kuorman säätelyksi.

Zener-diodi jännitteen säätimenä

Yksinkertainen piiri, jossa Zener-diodi on säädin, vaatii matalan vastuksen, joka on kytketty sarjaan tulojännitelähteen kanssa. Pieni arvo vaaditaan, jotta diodin läpi kulkee suurin virta samansuuntaisesti kytkettynä. Ainoa rajoitus on, että Zener-diodin läpi kulkevan virran ei tulisi olla pienempi kuin Zener-diodin minimivirta. Yksinkertaisesti sanottuna Zener-diodivirran tulisi aina olla I pienimmälle tulojännitteelle ja suurimmalle kuormavirralle_zmin.

Suunnitellessasi jännitteen säätöä Zener-diodilla, jälkimmäinen valitaan sen enimmäistehon suhteen. Toisin sanoen, laitteen läpi kulkevan virran tulisi olla: -

Minä_enint= Virta / Zener-jännite

Koska tulojännite ja vaadittu lähtöjännite tunnetaan, on helpompaa valita Zener-diodi, jonka jännite on suunnilleen sama kuin kuormitusjännite, ts. Vz ~ = V_tai.

Sarjavastuksen arvoksi valitaan

“kuinka tehdä langaton laturi pdf ”

R = (V_sisään- V_kanssa) / (I_zmin+ I_L), missä minä_L= Kuormitusjännite / kuormitusvastus.

Huomaa, että enintään 8 V: n kuormitusjännitteille voidaan käyttää yhtä Zener-diodia. Kuitenkin 8 V: n ylittäville kuormitusjännitteille, jotka vaativat suurempia jännitearvoja olevia Zener-jännitteitä, on suositeltavaa käyttää eteenpäin suuntautuvaa diodia sarjana Zener-diodin kanssa. Tämä johtuu siitä, että Zener-diodi suuremmalla jännitteellä noudattaa lumivyöryjen hajoamisperiaatetta ja kertoimen positiivinen lämpötila.

Siksi kompensointiin käytetään negatiivista lämpötilakerroindiodia. Tietenkin näinä päivinä käytetään käytännöllisiä lämpötilakompensoituja Zener-diodeja.

2. Zener-diodi jänniteohjeena

Zener-diodi jänniteohjeena

Virtalähteissä ja monissa muissa piireissä Zener-diodi löytää sovelluksensa vakiojännitteen tarjoajana tai jänniteohjeena. Ainoat olosuhteet ovat, että tulojännitteen on oltava suurempi kuin Zener-jännite ja sarjavastuksella on oltava vähintään sellainen arvo, että suurin virta kulkee laitteen läpi.

3. Zener-diodi jännitteenä

Piirissä, jossa vaihtovirta-tulolähde eroaa normaalista PN-diodin kiinnityspiiri , voidaan käyttää myös Zener-diodia. Diodilla voidaan rajoittaa lähtöjännitteen huippu Zener-jännitteeseen toisella puolella ja noin 0 V: iin sinimuotoisen aaltomuodon toisella puolella.

“tietokoneen virtalähteiden tyypit ”

zener-diodi jännitteenä

Edellä mainitussa piirissä positiivisen puolijakson aikana, kun tulojännite on sellainen, että zener-diodi on käänteinen esijännitetty, lähtöjännite on vakio tietyn ajan, kunnes jännite alkaa laskea.

Nyt negatiivisen puolijakson aikana Zener-diodi on välittämässä ennakkoluulotonta yhteyttä. Kun negatiivinen jännite nousee eteenpäin kynnysjännitteeksi, diodi alkaa johtaa ja lähtöjännitteen negatiivinen puoli on rajoitettu kynnysjännitteeseen.

Huomaa, että saadaksesi lähtöjännitteen vain positiiviselle alueelle, käytä kahta vastakkaisesti esijännitettyä Zener-diodia sarjassa.

Zener-diodin toimivat sovellukset

Älypuhelinten kasvavan suosion myötä android-pohjaiset projektit ovat suosittuja näinä päivinä. Näihin hankkeisiin liittyy Bluetooth tekniikkaan perustuvat laitteet. Nämä Bluetooth-laitteet vaativat noin 3 V: n jännitteen. Tällaisissa tapauksissa Zener-diodia käytetään 3V-viitteen antamiseen Bluetooth-laitteelle.

Zener-diodin toimiva sovellus, johon sisältyy Bluetooth-laite

Toinen sovellus käsittää Zener-diodin käytön jännitteen säätimenä. Tässä vaihtojännite tasataan diodilla D1 ja suodatetaan kondensaattorilla. Tätä suodatettua tasajännitettä säätelee diodi, jotta saadaan vakio vertailujännite 15 V. Tätä säädettyä tasajännitettä käytetään ohjauspiirin käyttämiseen, jota käytetään valon kytkennän ohjaamiseen, kuten automaattinen valaistuksen ohjausjärjestelmä.

Zener-diodin jännitteen säätösovellus

Toivomme, että olemme pystyneet toimittamaan tarkkoja mutta olennaisia tietoja Zener-diodin toiminnasta ja sen sovelluksista. Tässä on yksinkertainen kysymys lukijoille - Miksi säätimen mikropiirejä suositaan enimmäkseen Zener-diodille säännellyssä tasavirtalähteessä?

Anna vastauksesi ja tietysti palautteesi alla olevassa kommenttiosassa.

Valokuvahyvitykset