Zener-diodi - mikä se on ja mihin se on tarkoitettu?

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-02 13:54

Zener-diodi on puolijohdediodi, jolla on ainutlaatuiset ominaisuudet. Jos tavallinen puolijohde on eriste, kun se kytketään takaisin päälle, niin se suorittaa tätä toimintoa siihen asti, kunnes syötetty jännite nousee tiettyyn nousuun, jonka jälkeen tapahtuu lumivyörymäinen palautuva rikkoutuminen. Zener-diodin läpi kulkevan käänteisen virran lisääntyessä edelleen jännite pysyy vakiona johtuen suhteellisesta vastuksen pienenemisestä. Tällä tavalla on mahdollista saavuttaa stabilointitila.

Suljetussa tilassa pieni vuotovirta kulkee ensin zener-diodin läpi. Elementti käyttäytyy kuin vastus, jonka resistanssiarvo on suuri. Vian aikana zener-diodin vastus muuttuu merkityksettömäksi. Jos jatkamme jännitteen nostamista sisääntulossa, elementti alkaa lämmetä ja kun virta ylittää sallitun arvon, peruuttamatonlämpö hajoaminen. Jos asiaa ei tuoda esille, jännitteen muuttuessa nollasta työalueen ylärajaan, zener-diodin ominaisuudet säilyvät.

Kun zener-diodi kytketään suoraan päälle, sen ominaisuudet ovat samat kuin diodilla. Kun plus on kytketty p-alueeseen ja miinus n-alueeseen, siirtymäresistanssi on pieni ja virta kulkee vapaasti sen läpi. Se nousee tulojännitteen kasvaessa.

Zener-diodi on erityinen diodi, joka on kytketty enimmäkseen vastakkaiseen suuntaan. Elementti on ensin suljetussa tilassa. Sähkökatkon sattuessa Zener-diodi pitää sen vakiona laajalla virta-alueella.

Anodissa on miinus ja katodissa plus. Stabiloinnin jälkeen (pisteen 2 alapuolella) tapahtuu ylikuumenemista ja elementin vian todennäköisyys kasvaa.

Ominaisuudet

Zenerin parametrit ovat seuraavat:

• U_st - stabilointijännite nimellisvirralla I_st;
• I_{st min - pienin sähkökatkon käynnistysvirta;}
• I_{st max - suurin sallittu virta;}
• TKN - lämpötilakerroin.

Toisin kuin perinteinen diodi, zener-diodi on puolijohdelaite, jossa sähkö- ja lämpöeristysalueet ovat melko kaukana toisistaan virta-jännite-ominaiskäyrässä.

Suurin sallittuun virtaan liittyvä parametri on usein määriteltytaulukot - tehohäviö:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

Zener-diodin lämpötilariippuvuus voi olla joko positiivinen tai negatiivinen. Kytkemällä elementit sarjaan eri etumerkillä varustettujen kertoimien kanssa, luodaan tarkkoja zener-diodeja, jotka eivät ole riippuvaisia lämmityksestä tai jäähdytyksestä.

Osallistamisjärjestelmät

Yksinkertaisen stabilisaattorin tyypillinen piiri, joka koostuu painolastivastuksen R_{b ja zener-diodista, joka ohittaa kuorman.}

Joissakin tapauksissa vakautus on rikottu.

1. Virtalähteestä tulevan suuren jännitteen alistuminen stabilisaattorille, kun lähdössä on suodatuskondensaattori. Virtapiikit latauksen aikana voivat aiheuttaa zener-diodin vian tai vastuksen tuhoutumisen R_b.
2. Latauksen sammutus. Kun tuloon syötetään enimmäisjännite, zener-diodin virta voi ylittää sallitun, mikä johtaa sen kuumenemiseen ja tuhoutumiseen. Tässä on tärkeää noudattaa turvallisen työpassin aluetta.
3. Resistanssi R_{b valitaan pieneksi siten, että pienimmällä mahdollisella syöttöjännitteellä ja suurimmalla sallitulla kuormitusvirralla zener-diodi on toimintasäätövyöhykkeellä.}

Tyristorin suojapiirejä tai sulakkeita käytetään stabilisaattorin suojaamiseen.

Vastus R_{b lasketaan kaavalla:}

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

NykyinenZener-diodi I_st valitaan sallitun maksimi- ja minimiarvon väliltä riippuen tulojännitteestä U_pit ja kuormitusvirrasta I _n.

Zenerin valikoima

Elementeillä on suuri stabilointijännitteen hajonta. U_{n:n tarkan arvon saamiseksi zener-diodit valitaan samasta erästä. On tyyppejä, joilla on kapeampi parametrialue. Suurella tehohäviöllä elementit asennetaan lämpöpatteriin.}

Zener-diodin parametrien laskemiseksi tarvitaan alkutiedot, esimerkiksi nämä:

• U_{kuoppa=12-15 V - tulojännite;}
• U_{st=9 V - stabiloitu jännite;}
• R_{n=50-100 mA - kuormitus.}

Parametrit ovat tyypillisiä laitteille, joiden virrankulutus on pieni.

Jos minimitulojännite on 12 V, kuorman virta valitaan maksimiarvoon - 100 mA. Ohmin lain mukaan voit löytää piirin kokonaiskuormituksen:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 ohmia.}

Zener-diodin jännitehäviö on 9 V. Virralla 0,1 A vastaava kuorma on:

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

Nyt voit määrittää painolastin vastuksen:

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

Se valitaan vakioriviltä, jossa arvo on sama kuin laskettu arvo.

Zener-diodin läpi kulkeva maksimivirta määritetään ottamalla huomioon kuorman irtikytkentä, jotta se ei katkea, jos jokin johto irrotetaan. Jännitteen pudotus vastuksen yli on:

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

Sitten vastuksen läpi kulkeva virta määritetään:

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

Koska zener-diodi on kytketty sarjaan sen kanssa, I_c=I_{R=0,2 A.}

Tehonhäviö on P=0,2∙9=1,8 W.

Saatujen parametrien mukaan valitaan sopiva Zener-diodi D815V.

Symmetrinen zener-diodi

Symmetrinen diodityristori on kytkinlaite, joka johtaa vaihtovirtaa. Sen toiminnalle on ominaista jopa useiden volttien jännitehäviö päälle kytkettäessä välillä 30-50 V. Se voidaan korvata kahdella vastakytketyllä tavanomaisella zener-diodilla. Laitteita käytetään kytkinelementteinä.

Zener-diodin analogi

Kun sopivaa elementtiä ei ole mahdollista löytää, he käyttävät transistoreissa Zener-diodin analogia. Niiden etuna on jännitteen säätömahdollisuus. Tähän voidaan käyttää monivaiheisia DC-vahvistimia.

Tuloon on asennettu jännitteenjakaja, jossa on trimmausvastus R1. Jos tulojännite kasvaa, se myös kasvaa transistorin VT1 perusteella. Samaan aikaan transistorin VT2 läpi kulkeva virta kasvaa, mikä kompensoi jännitteen nousua ja pitää sen näin vakaana lähdössä.

Zener-diodien merkintä

Tuotetaan lasillisia zener-diodeja ja zener-diodeja muovikoteloissa. Ensimmäisessä tapauksessa niihin sovelletaan 2 numeroa, joiden välissä on kirjain V. Kirjoitus 9V1 tarkoittaa, ettäU_{st=9, 1 V.}

Muovikotelossa merkinnät on purettu datalehdellä, josta löydät myös muut parametrit.

Tumma rengas kotelossa osoittaa katodin, johon plus on kytketty.

Johtopäätös

Zener-diodi on diodi, jolla on erityisiä ominaisuuksia. Zener-diodien etuna on korkea jännitteen stabilointi, jossa on laaja valikoima käyttövirran muutoksia, sekä yksinkertaiset kytkentäkaaviot. Pienen jännitteen vakauttamiseksi laitteet kytketään päälle eteenpäin ja ne alkavat toimia kuin tavalliset diodit.