En halvledardiod har många "yrken". Det kan korrigera spänningen, koppla loss elektriska kretsar, skydda utrustning från felaktig strömförsörjning. Men det finns en inte helt vanlig typ av "arbete" av dioden, när dess egenskap av envägsledning används mycket indirekt. En halvledarenhet för vilken det normala läget är omvänd förspänning kallas en zenerdiod.
Innehåll
Vad är en zenerdiod, var används den och vad är den
En zenerdiod, eller en zenerdiod (uppkallad efter en amerikansk vetenskapsman som var den första att studera och beskriva egenskaperna hos denna halvledarenhet), är en konventionell diod med en p-n-övergång.Dess funktion är arbete i sektionen av karakteristiken med en negativ förspänning, det vill säga när spänningen appliceras i omvänd polaritet. En sådan diod används som en oberoende stabilisator som håller konsumentspänningen konstant, oavsett förändringar i belastningsströmmen och fluktuationer i inspänningen. Noder på zenerdioder används också som referensspänningskällor för andra stabilisatorer med en utvecklad krets. Mindre vanligt är att en omvänd diod används som ett pulsformande element eller överspänningsskydd.
Det finns konventionella zenerdioder och tvåanoder. En tvåanods zenerdiod är två dioder kopplade rygg mot rygg i ett hölje. Den kan ersättas av två separata enheter, inklusive dem enligt lämpligt schema.
Volt-ampere karakteristisk för zenerdioden och dess funktionsprincip
För att förstå principen för driften av en zenerdiod är det nödvändigt att studera dess typiska ström-spänningskarakteristik (CVC).
Om en spänning appliceras på zenern i framåtriktningen, som på en konventionell diod, kommer den att bete sig som en konventionell diod. Vid en spänning på cirka 0,6 V (för en kiselenhet) kommer den att öppnas och gå in i den linjära sektionen av I–V-karakteristiken. När det gäller ämnet för artikeln är beteendet hos en zenerdiod mer intressant när en spänning med omvänd polaritet appliceras (negativ gren av karakteristiken). Först kommer dess motstånd att öka kraftigt, och enheten kommer att sluta passera ström. Men när ett visst spänningsvärde uppnås kommer en kraftig ökning av strömmen att inträffa, kallad genombrott. Den har en lavinkaraktär och försvinner efter att strömmen tagits bort.Om du fortsätter att öka den omvända spänningen kommer p-n-övergången att börja värmas upp och gå in i det termiska nedbrytningsläget. Termiskt sammanbrott är oåterkalleligt och innebär att zenerdioden misslyckas, så du bör inte sätta dioden i detta läge.
Ett intressant verksamhetsområde för en halvledarenhet i lavinbrytningsläget. Dess form är nära linjär, och den har en hög branthet. Detta innebär att med en stor förändring i ström (ΔI) är förändringen i spänningsfallet över zenerdioden relativt liten (ΔU). Och detta är stabilisering.
Detta beteende när en omvänd spänning appliceras är typiskt för alla dioder. Men det speciella med zenerdioden är att dess parametrar i denna del av CVC är normaliserade. Dess stabiliseringsspänning och lutning anges (med en viss spridning) och är viktiga parametrar som bestämmer enhetens lämplighet i kretsen. Du kan hitta dem i referensböcker. Vanliga dioder kan också användas som zenerdioder - om du tar bort deras CVC och bland dem finns en lämplig egenskap. Men detta är en lång, mödosam process med ett icke-garanterat resultat.
De viktigaste egenskaperna hos zenerdioden
För att välja en Zener-diod för befintliga ändamål måste du känna till flera viktiga parametrar. Dessa egenskaper kommer att avgöra lämpligheten hos den valda enheten för att lösa uppgifterna.
Märkstabiliseringsspänning
Den första parametern för zenern, som du måste vara uppmärksam på när du väljer, är stabiliseringsspänningen, som bestäms av startpunkten för lavinen. Det börjar med valet av en enhet för användning i kretsen.För olika tillfällen av vanliga zenerdioder, även av samma typ, har spänningen en spridning i området flera procent, för precisions sådana är skillnaden lägre. Om den nominella spänningen är okänd kan den bestämmas genom att montera en enkel krets. Du bör förbereda:
- ballastmotstånd 1 ... 3 kOhm;
- justerbar spänningskälla;
- voltmeter (du kan använda en testare).
Det är nödvändigt att höja spänningen på strömkällan från noll, kontrollera spänningstillväxten vid zenerdioden med hjälp av en voltmeter. Vid något tillfälle kommer det att stanna, trots en ytterligare ökning av inspänningen. Detta är den faktiska stabiliseringsspänningen. Om det inte finns någon reglerad källa kan du använda ett nätaggregat med en konstant utspänning som är uppenbart högre än Ustabilization. Schemat och princip för mätning förblir desamma. Men det finns en risk för fel på halvledarenheten på grund av överskottet av driftsströmmen.
Zenerdioder används för att arbeta med spänningar från 2 ... 3 V till 200 V. För att bilda en stabil spänning under detta intervall används andra enheter - stabistorer som arbetar i den direkta sektionen av CVC.
Driftströmområde
Strömmen vid vilken zenerdioderna utför sin funktion är begränsad uppifrån och under. Underifrån begränsas den av början av den linjära sektionen av den omvända grenen av CVC. Vid lägre strömmar ger inte karakteristiken ett konstant spänningsläge.
Det övre värdet begränsas av den maximala effektförlust som en halvledarenhet är kapabel till och beror på dess design. Zenerdioder i ett metallhölje är designade för mer ström, men glöm inte användningen av kylflänsar.Utan dem kommer den maximalt tillåtna förlusteffekten att vara betydligt mindre.
Differentialmotstånd
En annan parameter som bestämmer zenerdiodens funktion är differentialresistansen Rst. Det definieras som förhållandet mellan spänningsändringen ΔU och strömändringen ΔI som orsakade den. Detta värde har dimensionen resistans och mäts i ohm. Grafiskt är detta tangenten för lutningen för egenskapens arbetssektion. Uppenbarligen, ju lägre motstånd, desto bättre stabiliseringskvalitet. För en idealisk (inte existerande i praktiken) zenerdiod är Rst lika med noll - varje ökning av strömmen kommer inte att orsaka någon förändring i spänningen, och I–V-karakteristiksektionen kommer att vara parallell med y-axeln.
Zenerdiodmärkning
Inhemska och importerade zenerdioder i ett metallhölje är märkta enkelt och tydligt. De är märkta med enhetens namn och placeringen av anoden och katoden i form av en schematisk beteckning.
Enheter i ett plastfodral är märkta med ringar och prickar i olika färger på katod- och anodsidorna. Genom färgen och kombinationen av tecken kan du bestämma typen av enhet, men för detta måste du titta i referensböcker eller använda kalkylatorprogram. Båda finns på Internet.
Ibland appliceras en stabiliseringsspänning på lågeffekts zenerdioder.
Zenerdiodkopplingskretsar
Huvudkretsen för att slå på en zenerdiod är i serie med motstånd, som ställer in strömmen genom halvledarenheten och tar på sig överspänningen. De två elementen gör gemensam divisor. När inspänningen ändras förblir fallet över zenerdioden konstant, medan fallet över motståndet ändras.
En sådan krets kan användas oberoende och kallas en parametrisk stabilisator. Den håller spänningen vid belastningen konstant, trots fluktuationer i ingångsspänningen eller strömmen (inom vissa gränser). Ett liknande block används också som en hjälpkrets där en referensspänningskälla behövs.
Sådan inkludering används också som ett skydd för känslig utrustning (sensorer, etc.) från onormal förekomst av högspänning i kraft- eller mätledningen (konstanta eller slumpmässiga impulser). Allt över halvledarenhetens stabiliseringsspänning är "avstängd". Ett sådant schema kallas en "Zener-barriär".
Tidigare användes zenerdiodens egenskap att "bryta av" spänningstopparna i stor utsträckning i pulsformarkretsar. Tvåanodanordningar användes i växelströmskretsar.
Men med utvecklingen av transistorteknik och tillkomsten av integrerade kretsar användes denna princip sällan.
Om det inte finns någon zenerdiod till hands för önskad spänning kan den bestå av två. Den totala stabiliseringsspänningen kommer att vara lika med summan av de två spänningarna.
Viktig! Parallellkoppla inte zenerdioder för att öka driftströmmen! Spridningen av ström-spänningsegenskaper kommer att leda till utmatningen av en zenerdiod till zonen för termisk nedbrytning, sedan kommer den andra att misslyckas på grund av överskottet av belastningsströmmen.
Även om det är tillåtet i den tekniska dokumentationen av Sovjetunionens tid parallell inkludering zener parallellt, men med förbehållet att enheterna måste vara av samma typ och att den totala faktiska förlusteffekten under drift inte bör överstiga det tillåtna för en enda zenerdiod. Det vill säga en ökning av driftströmmen under detta tillstånd kan inte uppnås.
För att öka den tillåtna belastningsströmmen används ett annat schema. Den parametriska stabilisatorn kompletteras med en transistor, och en emitterföljare erhålls med en belastning i emitterkretsen och en stabil transistorbasspänning.
I det här fallet kommer utspänningen från stabilisatorn att vara mindre än Ustabilisering med mängden spänningsfall vid emitterövergången - för en kiseltransistor, cirka 0,6 V. För att kompensera för denna minskning kan du slå på en diod i serie med zenerdioden i framåtriktningen.
På så sätt (genom att slå på en eller flera dioder) kan du justera utspänningen från stabilisatorn uppåt inom ett litet område. Om du behöver öka Uout radikalt är det bättre att slå på ytterligare en zenerdiod i serie.
Omfattningen av zenerdioden i elektroniska kretsar är omfattande. Med ett medvetet förhållningssätt till valet kommer denna halvledarenhet att hjälpa till att lösa många problem som tilldelats utvecklaren.
Liknande artiklar:
