Zenerdiod - vad är det och vad är det till för?

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-02 14:03

En zenerdiod är en halvledardiod med unika egenskaper. Om en vanlig halvledare är en isolator när den slås på igen, utför den denna funktion tills en viss ökning av den pålagda spänningen, varefter ett lavinliknande reversibelt haveri inträffar. Med en ytterligare ökning av den omvända strömmen som flyter genom zenerdioden, fortsätter spänningen att förbli konstant på grund av en proportionell minskning av motståndet. På detta sätt är det möjligt att uppnå stabiliseringsläge.

I stängt tillstånd passerar först en liten läckström genom zenerdioden. Elementet beter sig som ett motstånd, vars resistansvärde är stort. Under haveri blir zenerdiodens resistans försumbar. Om vi fortsätter att öka spänningen vid ingången börjar elementet att värmas upp och när strömmen överstiger det tillåtna värdet, en irreversibeltermiskt sammanbrott. Om saken inte tas upp, när spänningen ändras från noll till den övre gränsen för arbetsområdet, bevaras zenerdiodens egenskaper.

När en zenerdiod slås på direkt är egenskaperna desamma som för en diod. När plus är anslutet till p-området, och minus är anslutet till n-området, är övergångsmotståndet litet och strömmen flyter fritt genom det. Den stiger när inspänningen ökar.

En zenerdiod är en speciell diod ansluten mestadels i motsatt riktning. Elementet är först i stängt tillstånd. I händelse av ett elektriskt haveri håller spänningszenerdioden den konstant över ett brett strömområde.

Ett minus appliceras på anoden och ett plus på katoden. Efter stabilisering (under punkt 2) inträffar överhettning och sannolikheten för elementfel ökar.

Funktioner

Zener-parametrarna är följande:

• U_st - stabiliseringsspänning vid märkström I_st;
• I_{st min - minsta elektriska genombrott startström;}
• I_{st max - högsta tillåtna ström;}
• TKN - temperaturkoefficient.

Till skillnad från en konventionell diod är en zenerdiod en halvledarenhet där de elektriska och termiska nedbrytningsområdena är ganska långt ifrån varandra vad gäller ström-spänningskarakteristiken.

Förknippad med den maxim alt tillåtna strömmen är en parameter som ofta anges itabeller - effektförlust:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

Zenerdiodens temperaturberoende kan vara antingen positivt eller negativt. Genom att seriekoppla element med koefficienter av olika tecken skapas precisionszenerdioder som inte är beroende av uppvärmning eller kylning.

Inklusionsscheman

Typisk krets för en enkel stabilisator, består av ett ballastmotstånd R_{b och en zenerdiod som shuntar lasten.}

I vissa fall finns det en kränkning av stabiliseringen.

1. Underkastelse till stabilisatorn av en hög spänning från strömkällan i närvaro av en filtreringskondensator vid utgången. Strömspänningar vid laddning kan orsaka fel på zenerdioden eller förstöra motståndet R_b.
2. Ladda avstängning. När den maximala spänningen appliceras på ingången kan strömmen hos zenerdioden överstiga den tillåtna, vilket kommer att leda till uppvärmning och förstörelse. Här är det viktigt att observera det säkra arbetspassområdet.
3. Motstånd R_{b väljs litet så att vid minsta möjliga matningsspänning och maxim alt tillåtna ström vid belastningen är zenerdioden i arbetsregleringszonen.}

Tyristorskyddskretsar eller säkringar används för att skydda stabilisatorn.

Resistor R_{b beräknas med formeln:}

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

Aktuelltzenerdiod I_st väljs mellan tillåtna högsta och lägsta värden, beroende på ingångsspänningen U_pit och lastström I _n.

Zener Selection

Element har en stor spridning i stabiliseringsspänning. För att få det exakta värdet på U_{n, väljs zenerdioder från samma batch. Det finns typer med ett snävare spektrum av parametrar. Med hög effektförlust installeras elementen på radiatorer.}

För att beräkna parametrarna för zenerdioden krävs initiala data, till exempel dessa:

• U_{pit=12-15 V - ingångsspänning;}
• U_{st=9 V - stabiliserad spänning;}
• R_{n=50-100 mA – belastning.}

Pametrarna är typiska för enheter med låg strömförbrukning.

För en minsta inspänning på 12 V väljs strömmen på lasten till maxim alt - 100 mA. Enligt Ohms lag kan du hitta kretsens totala belastning:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 Ohm.}

Vid zenerdioden är spänningsfallet 9 V. För en ström på 0,1 A blir den ekvivalenta belastningen:

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

Nu kan du bestämma resistansen för ballasten:

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

Det väljs från standardraden, där värdet är detsamma som det beräknade.

Den maximala strömmen genom zenerdioden bestäms med hänsyn tagen till frånkopplingen av lasten så att den inte går sönder om någon tråd är olödd. Spänningsfallet över motståndet blir:

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

Då bestäms strömmen genom motståndet:

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

Eftersom zenerdioden är seriekopplad med den, I_c=I_{R=0,2 A.}

Strömförlusten blir P=0,2∙9=1,8 W.

Enligt de erhållna parametrarna väljs en lämplig zenerdiod D815V.

Symmetrisk zenerdiod

Symmetrisk diodtyristor är en omkopplingsenhet som leder växelström. En funktion av dess arbete är ett spänningsfall på upp till flera volt när den slås på i intervallet 30-50 V. Den kan ersättas av två motkopplade konventionella zenerdioder. Enheter används som omkopplingselement.

Analog av en zenerdiod

När det inte går att hitta ett lämpligt element använder de en analog till en zenerdiod på transistorer. Deras fördel är möjligheten till spänningsreglering. Flerstegs DC-förstärkare kan användas för detta.

En spänningsdelare med trimmotstånd R1 är installerad vid ingången. Om inspänningen ökar, på basis av transistor VT1 ökar den också. Samtidigt ökar strömmen genom transistorn VT2, vilket kompenserar för spänningsökningen och håller den stabil vid utgången.

Markering av zenerdioder

Zenerdioder i glas och zenerdioder i plastfodral tillverkas. I det första fallet appliceras 2 siffror på dem, mellan vilka bokstaven V är placerad. Inskriptionen 9V1 betyder attU_{st=9, 1 V.}

På plasthöljet dechiffreras inskriptionerna med hjälp av ett datablad, där du även kan ta reda på andra parametrar.

Den mörka ringen på höljet indikerar katoden som plusen är ansluten till.

Slutsats

En zenerdiod är en diod med speciella egenskaper. Fördelen med zenerdioder är en hög nivå av spänningsstabilisering med ett brett utbud av driftsströmändringar, såväl som enkla anslutningsscheman. För att stabilisera en liten spänning slås enheterna på i framåtriktningen och de börjar fungera som vanliga dioder.