Dioda półprzewodnikowa ma wiele „zawodów”. Może prostować napięcie, rozwiązywać obwody elektryczne, chronić sprzęt przed niewłaściwym zasilaniem. Istnieje jednak nie do końca zwykły rodzaj „pracy” diody, gdy jej właściwość jednokierunkowego przewodzenia jest wykorzystywana bardzo pośrednio. Urządzenie półprzewodnikowe, dla którego normalnym trybem jest odwrócenie polaryzacji, nazywa się diodą Zenera.
Zawartość
Co to jest dioda Zenera, gdzie jest używana i jakie są
Dioda Zenera lub dioda Zenera (nazwana na cześć amerykańskiego naukowca, który jako pierwszy zbadał i opisał właściwości tego urządzenia półprzewodnikowego), jest konwencjonalną diodą ze złączem p-n.Jego cechą jest praca w odcinku charakterystyki z ujemnym polaryzacją, czyli gdy napięcie jest przyłożone z odwrotną polaryzacją. Taka dioda służy jako niezależny stabilizator, który utrzymuje stałe napięcie odbiornika, niezależnie od zmian prądu obciążenia i wahań napięcia wejściowego. Ponadto węzły na diodach Zenera są wykorzystywane jako źródła napięcia odniesienia dla innych stabilizatorów z rozwiniętym obwodem. Rzadziej dioda odwrócona jest używana jako element kształtujący impuls lub zabezpieczenie przeciwprzepięciowe.
Istnieją konwencjonalne diody Zenera i dwuanodowe. Dwuanodowa dioda Zenera to dwie diody połączone tyłem do siebie w jednej obudowie. Można go zastąpić dwoma oddzielnymi urządzeniami, włączając je zgodnie z odpowiednim schematem.
Charakterystyka woltamperowa diody Zenera i zasada jej działania
Aby zrozumieć zasadę działania diody Zenera, konieczne jest zbadanie jej typowej charakterystyki prądowo-napięciowej (CVC).
Jeśli napięcie zostanie przyłożone do Zenera w kierunku do przodu, tak jak do konwencjonalnej diody, będzie on zachowywał się jak konwencjonalna dioda. Przy napięciu około 0,6 V (dla urządzenia krzemowego) otworzy się i wejdzie w liniową sekcję charakterystyki I–V. W temacie artykułu, zachowanie diody Zenera jest ciekawsze, gdy przyłożone jest napięcie o odwrotnej polaryzacji (ujemna gałąź charakterystyki). Po pierwsze, jego opór gwałtownie wzrośnie, a urządzenie przestanie przepuszczać prąd. Ale po osiągnięciu określonej wartości napięcia nastąpi gwałtowny wzrost prądu, zwany przebiciem. Ma charakter lawinowy i znika po odcięciu zasilania.Jeśli nadal będziesz zwiększać napięcie wsteczne, złącze p-n zacznie się nagrzewać i wejdzie w tryb przebicia termicznego. Przebicie termiczne jest nieodwracalne i oznacza awarię diody Zenera, dlatego nie należy przełączać diody w ten tryb.
Ciekawy obszar działania urządzenia półprzewodnikowego w trybie załamania lawinowego. Jego kształt jest zbliżony do liniowego i ma duże nachylenie. Oznacza to, że przy dużej zmianie prądu (ΔI) zmiana spadku napięcia na diodzie Zenera jest stosunkowo niewielka (ΔU). I to jest stabilizacja.
Takie zachowanie przy zastosowaniu napięcia wstecznego jest typowe dla każdej diody. Ale osobliwością diody Zenera jest to, że jej parametry w tej sekcji CVC są znormalizowane. Jego napięcie stabilizacji i nachylenie są podane (z pewnym rozrzutem) i są ważnymi parametrami decydującymi o przydatności urządzenia w obwodzie. Możesz je znaleźć w książkach referencyjnych. Zwykłe diody mogą być również używane jako diody Zenera - jeśli usuniesz ich CVC i wśród nich jest odpowiednia charakterystyka. Ale to długi, żmudny proces, którego rezultat nie jest gwarantowany.
Główne cechy diody Zenera
Aby wybrać diodę Zenera do istniejących celów, musisz znać kilka ważnych parametrów. Cechy te określą przydatność wybranego urządzenia do rozwiązywania zadań.
Znamionowe napięcie stabilizacji
Pierwszym parametrem Zenera, na który należy zwrócić uwagę przy wyborze, jest napięcie stabilizujące, które określa punkt początkowy przebicia lawinowego. Rozpoczyna się od wyboru urządzenia do zastosowania w obwodzie.Dla różnych przykładów zwykłych diod Zenera, nawet tego samego typu, napięcie ma rozpiętość rzędu kilku procent, dla precyzyjnych różnica jest mniejsza. Jeśli napięcie nominalne nie jest znane, można je określić, montując prosty obwód. Powinieneś przygotować:
- rezystor balastowy 1 ... 3 kOhm;
- regulowane źródło napięcia;
- woltomierz (można użyć testera).
Konieczne jest podniesienie napięcia źródła zasilania od zera, kontrolując wzrost napięcia na diodzie Zenera za pomocą woltomierza. W pewnym momencie przestanie, pomimo dalszego wzrostu napięcia wejściowego. To jest rzeczywiste napięcie stabilizacji. W przypadku braku regulowanego źródła można zastosować zasilacz o stałym napięciu wyjściowym oczywiście wyższym niż Ustabilizacja. Schemat i zasada pomiaru pozostają takie same. Istnieje jednak ryzyko awarii urządzenia półprzewodnikowego z powodu przekroczenia prądu roboczego.
Diody Zenera służą do pracy z napięciami od 2 ... 3 V do 200 V. Aby uzyskać stabilne napięcie poniżej tego zakresu, stosuje się inne urządzenia - stabilizatory działające w bezpośrednim odcinku CVC.
Zakres prądu roboczego
Prąd, przy którym diody Zenera pełnią swoją funkcję, jest ograniczony od góry i od dołu. Od dołu jest ograniczony początkiem odcinka liniowego odwrotnej gałęzi CVC. Przy niższych prądach charakterystyka nie zapewnia trybu stałego napięcia.
Górna wartość jest ograniczona maksymalnym rozpraszaniem mocy, jakie może osiągnąć urządzenie półprzewodnikowe i zależy od jego konstrukcji. Diody Zenera w metalowej obudowie są przystosowane do większego prądu, ale nie zapomnij o zastosowaniu radiatorów.Bez nich maksymalna dopuszczalna moc rozpraszania będzie znacznie mniejsza.
Rezystancja różnicowa
Kolejnym parametrem determinującym działanie diody Zenera jest rezystancja różnicowa Rst. Definiuje się ją jako stosunek zmiany napięcia ΔU do zmiany prądu ΔI, która ją spowodowała. Ta wartość ma wymiar rezystancji i jest mierzona w omach. Graficznie jest to tangens nachylenia odcinka roboczego charakterystyki. Oczywiście im mniejszy opór, tym lepsza jakość stabilizacji. Dla idealnej (nieistniejącej w praktyce) diody Zenera Rst jest równe zeru - wzrost prądu nie spowoduje zmiany napięcia, a charakterystyka I-V będzie równoległa do osi y.
Oznaczenie diody Zenera
Krajowe i importowane diody Zenera w metalowej obudowie są oznaczone w prosty i czytelny sposób. Oznaczone są nazwą urządzenia oraz lokalizacją anody i katody w postaci schematu.
Urządzenia w plastikowej obudowie oznaczone są pierścieniami i kropkami w różnych kolorach po stronie katody i anody. Poprzez kolor i kombinację znaków możesz określić typ urządzenia, ale w tym celu musisz zajrzeć do książek referencyjnych lub użyć programów kalkulatora. Oba można znaleźć w Internecie.
Czasami do diod Zenera o małej mocy przykładane jest napięcie stabilizujące.
Obwody przełączające diody Zenera
Główny obwód do włączania diody Zenera jest połączony szeregowo z rezystor, który ustawia prąd przez urządzenie półprzewodnikowe i przejmuje nadmierne napięcie. Dwa elementy sprawiają, że wspólny dzielnik. Gdy zmienia się napięcie wejściowe, spadek na diodzie Zenera pozostaje stały, podczas gdy zmienia się spadek na rezystorze.
Taki obwód może być używany niezależnie i nazywa się stabilizatorem parametrycznym. Utrzymuje napięcie na stałym obciążeniu, pomimo wahań napięcia wejściowego lub pobieranego prądu (w określonych granicach). Podobny blok jest również używany jako obwód pomocniczy, w którym potrzebne jest źródło napięcia odniesienia.
Włączenie takie stosuje się również jako zabezpieczenie czułych urządzeń (czujników itp.) przed nieprawidłowym wystąpieniem wysokiego napięcia w linii zasilającej lub pomiarowej (impulsy stałe lub losowe). Wszystko powyżej napięcia stabilizacji urządzenia półprzewodnikowego jest „odcinane”. Taki schemat nazywa się „barierą Zenera”.
Wcześniej właściwość diody Zenera do „odcinania” szczytów napięcia była szeroko stosowana w obwodach kształtowania impulsów. W obwodach prądu przemiennego zastosowano urządzenia dwuanodowe.
Jednak wraz z rozwojem technologii tranzystorowej i pojawieniem się układów scalonych zasada ta była rzadko stosowana.
Jeśli nie ma pod ręką diody Zenera dla pożądanego napięcia, może ona składać się z dwóch. Całkowite napięcie stabilizacji będzie równe sumie dwóch napięć.
Ważny! Nie podłączaj diod Zenera równolegle, aby zwiększyć prąd roboczy! Rozprzestrzenianie się charakterystyk prądowo-napięciowych doprowadzi do wyprowadzenia jednej diody Zenera w strefę przebicia cieplnego, następnie druga ulegnie awarii z powodu przekroczenia prądu obciążenia.
Chociaż w dokumentacji technicznej z czasów ZSRR jest to dozwolone równoległy włączenie Zenera równolegle, ale z zastrzeżeniem, że urządzenia muszą być tego samego typu, a całkowita rzeczywista moc rozpraszania podczas pracy nie powinna przekraczać dopuszczalnej dla pojedynczej diody Zenera. Oznacza to, że w tym stanie nie można osiągnąć wzrostu prądu roboczego.
Aby zwiększyć dopuszczalny prąd obciążenia, stosuje się inny schemat. Stabilizator parametryczny jest uzupełniony tranzystorem, a wtórnik emiterowy uzyskuje się z obciążeniem w obwodzie emiterowym i stabilnym napięcie bazy tranzystora.
W takim przypadku napięcie wyjściowe stabilizatora będzie mniejsze niż Ustabilizacja o wielkość spadku napięcia na złączu emitera - dla tranzystora krzemowego około 0,6 V. Aby zrekompensować ten spadek, można włączyć diodę szeregowo z dioda Zenera w kierunku do przodu.
W ten sposób (włączając jedną lub więcej diod) można w niewielkim zakresie wyregulować napięcie wyjściowe stabilizatora w górę. Jeśli potrzebujesz radykalnie zwiększyć Uout, lepiej włączyć szeregowo jeszcze jedną diodę Zenera.
Zakres diody Zenera w obwodach elektronicznych jest szeroki. Dzięki świadomemu podejściu do wyboru to półprzewodnikowe urządzenie pomoże rozwiązać wiele problemów przypisanych deweloperowi.
Podobne artykuły:
