A Zener diódák normál PN elágazási diódák, amelyek fordított előfeszítéssel működnek. A Zener dióda működése hasonló a PN elágazási diódához előrehozott előfeszített állapotban, de az egyediség abban rejlik, hogy akkor is képes vezetni, ha fordított előfeszítéssel kapcsolódik a küszöbérték / megszakítási feszültség fölé. Ezek a a diódák alaptípusai gyakran használják, a normál diódáktól eltekintve.
Zener dióda működik
Félvezető dióda fordított előfeszítési állapotban
Ha felidézi, egy egyszerű PN csatlakozási diódát a p típusú félvezető anyag és egy n típusú félvezető anyag kombinációja képez. Amikor a félvezető kristály egyik oldalát donorszennyeződésekkel, a másik oldalát pedig akceptorszennyeződésekkel adalékoljuk, PN-csatlakozás alakul ki.
Elfogulatlan félvezető dióda
Normál körülmények között a p oldali lyukak hajlamosak alacsony koncentrációjú tartományba diffundálni, és ugyanez történik az n oldalú elektronok esetében is.
Így a furatok diffundálnak az n-oldalra és az elektronok diffundálnak a p-oldalra. Ez azt eredményezi, hogy a csomópont körül töltések halmozódnak fel, és kimerülési régiót képeznek.
Elfogulatlan félvezető dióda
A kereszteződésen elektromos polaritás vagy elektromos dipólus képződik, ami a fluxus áramlását okozza n oldal felső oldaláról. Ez változó negatív elektromos térintenzitást eredményez, ami elektromos potenciált generál a kereszteződésen keresztül. Ez az elektromos potenciál tulajdonképpen a dióda küszöbfeszültsége, szilícium esetén 0,6 V, germánium esetében 0,2 V körül van. Ez potenciális akadályként hat a többségi töltéshordozók áramlására, és az eszköz nem vezet.
Most, amikor egy normál dióda olyan előfeszített, hogy negatív feszültséget adunk az n oldalra és pozitív feszültséget a p oldalra, akkor a diódáról azt mondjuk, hogy előre előfeszített állapotban van. Ez az alkalmazott feszültség csökkenti a potenciális korlátot, miután túllépi a küszöbfeszültséget.
Ezen a ponton és utána a többségi vivők átlépik a potenciális korlátot, és a készülék a rajta folyó áram áramlásával kezd vezetni.
Amikor a dióda a fentiekhez képest fordított állapotban van előfeszítve, az alkalmazott feszültség olyan, hogy növeli a potenciális akadályt és akadályozza a többségi vivő áramlását. Ez azonban lehetővé teszi a kisebbségi hordozók áramlását (lyukak n-típusú és elektronok p-típusú). Amint ez a fordított előfeszültség növekszik, a fordított áram fokozatosan növekszik.
Egy bizonyos ponton ez a feszültség olyan mértékű, hogy a kimerülési régió lebomlását okozza, ami az áramlás hatalmas növekedését okozza. Itt lép működésbe a működő Zener-dióda.
A Zener dióda működési alapelve
Amint fentebb említettük, a Zener-dióda működésének alapelve a fordított előfeszített állapotú dióda meghibásodásának oka. Normális esetben kétféle bontás létezik: Zener és Avalanche.
A zener dióda működésének alapelve
Zener bontás
Ez a fajta meghibásodás 2–8 V közötti fordított előfeszültség esetén fordul elő. Az elektromos tér intenzitása ennél az alacsony feszültségnél is elég erős ahhoz, hogy olyan erőt fejtsen ki az atom vegyértékelektronjaira, hogy azok elkülönüljenek a magoktól. Ez mobil elektron-lyuk párok kialakulását eredményezi, ami növeli az eszköz áramát. Ennek a mezőnek a hozzávetőleges értéke körülbelül 2 * 10 ^ 7 V / m.
Ez a fajta bontás általában nagyon adalékolt dióda esetén fordul elő, alacsony megszakítási feszültséggel és nagyobb elektromos térrel. A hőmérséklet növekedésével a vegyértékes elektronok több energiát nyernek a kovalens kötés megszakításához, és kevesebb külső feszültségre van szükség. Így a Zener meghibásodási feszültsége csökken a hőmérséklettel.
Lavina bontása
Ez a fajta meghibásodás a fordított előfeszültségen, 8 V felett és magasabbnál történik. Enyhén adalékolt diódák esetén fordul elő, nagy megszakítási feszültséggel. Miközben kisebbségi töltéshordozók (elektronok) áramlanak az eszközön, hajlamosak ütközni a kovalens kötésben lévő elektronokkal, és a kovalens kötés megszakadását okozzák. A feszültség növekedésével az elektronok mozgási energiája (sebessége) is növekszik, és a kovalens kötések könnyebben megbomlanak, ami az elektron-lyuk párok növekedését okozza. A lavina meghibásodási feszültsége a hőmérséklet hatására növekszik.
3 Zener dióda alkalmazás
1. Zener dióda, mint feszültség
Egy egyenáramú áramkörben a Zener dióda használható feszültségszabályozóként vagy feszültségreferencia biztosítására. A Zener dióda fő felhasználása abban rejlik, hogy a Zener dióda feszültsége állandó marad az áram nagyobb változásához. Ez lehetővé teszi a Zener dióda állandó feszültségű eszközként vagy feszültségszabályozóként való használatát.
Bármilyen áramellátási áramkör A szabályozót állandó kimeneti (terhelési) feszültség biztosítására használják, függetlenül a bemeneti feszültség változásától vagy a terhelés áramának változásától. A bemeneti feszültség változását vonalszabályozásnak, míg a terhelés áramának változását terhelésszabályozásnak nevezzük.
Zener dióda, mint feszültségszabályozó
Egy egyszerű áramkör, amely Zener diódát tartalmaz szabályozóként, a bemeneti feszültségforrással sorba kapcsolt alacsony értékű ellenállást igényel. Az alacsony értékre azért van szükség, hogy a párhuzamosan összekapcsolt diódán átmenjen a maximális áram. Az egyetlen korlátozás azonban az, hogy a Zener diódán átáramló áram nem lehet kisebb, mint a minimális Zener dióda áram. Egyszerűen fogalmazva: a minimális bemeneti feszültség és a maximális terhelés esetén a Zener-dióda áramának mindig I-nek kell lenniezmin.
Míg a Zener dióda segítségével feszültségszabályozót terveznek, az utóbbit a maximális teljesítményérték szempontjából választják meg. Más szavakkal, az eszközön keresztüli maximális áramnak a következőknek kell lennie: -
énmax= Teljesítmény / Zener feszültség
Mivel a bemeneti feszültség és a szükséges kimeneti feszültség ismert, könnyebb olyan Zener-diódát választani, amelynek feszültsége megközelítőleg megegyezik a terhelési feszültséggel, azaz Vz ~ = Vvagy.
A soros ellenállás értékét úgy választjuk meg
R = (Vban ben- Vval vel)/(ÉNzmin+ IL), ahol énL= Terhelési feszültség / terhelési ellenállás.
Vegye figyelembe, hogy 8 V-ig terjedő terhelés esetén egyetlen Zener-dióda használható. A 8 V-ot meghaladó terhelési feszültségeknél azonban, amelyek magasabb feszültségértékű Zener-feszültségeket igényelnek, célszerű előre irányú diódát használni sorosan a Zener-diódával. Ennek oka, hogy a Zener dióda nagyobb feszültségen követi a lavina felbomlási elvét, pozitív együtthatóval rendelkezik.
Ezért negatív hőmérsékleti együttható diódát használunk a kompenzációhoz. Természetesen manapság praktikus hőmérséklet-kompenzált Zener-diódákat használnak.
2. Zener dióda, mint feszültség referencia
Zener dióda, mint feszültség referencia
A tápegységekben és sok más áramkörben a Zener dióda állandó feszültség szolgáltatóként vagy feszültség referenciaként alkalmazza. Az egyetlen feltétel az, hogy a bemeneti feszültségnek nagyobbnak kell lennie, mint a Zener feszültsége, és a soros ellenállásnak olyan minimális értékkel kell rendelkeznie, hogy a maximális áram átfolyjon a készüléken.
3. Zener dióda, mint feszültséggörgő
Az AC áramforrást magában foglaló áramkörben, amely eltér a normálistól PN dióda szorító áramkör , Zener dióda is használható. A dióda arra használható, hogy a kimeneti feszültség csúcsát a szinuszos hullámforma egyik oldalán a Zener feszültségre, a másik oldalán pedig körülbelül 0 V-ra korlátozzuk.
zener dióda, mint feszültséggörgő
A fenti áramkörben a pozitív félciklus alatt, ha a bemeneti feszültség olyan, hogy a zener dióda fordított torzítású, a kimeneti feszültség egy bizonyos ideig állandó, amíg a feszültség csökkenni nem kezd.
Most a negatív fél ciklus alatt a Zener dióda előfeszített kapcsolatban van. Amint a negatív feszültség a továbbítási küszöbfeszültségre növekszik, a dióda vezetni kezd, és a kimeneti feszültség negatív oldala a küszöbfeszültségre korlátozódik.
Vegye figyelembe, hogy csak pozitív tartományú kimeneti feszültség eléréséhez használjon két ellentétes előfeszítésű Zener diódát sorozatban.
A Zener dióda működő alkalmazásai
Az okostelefonok növekvő népszerűségével android alapú projektek manapság előnyben részesítik. Ezek a projektek a Bluetooth technológián alapuló eszközök. Ezeknek a Bluetooth-eszközöknek körülbelül 3 V feszültségre van szükségük a működéshez. Ilyen esetekben egy Zener diódát használnak arra, hogy 3V referenciát adjon a Bluetooth eszközre.
A Zener dióda működő alkalmazása Bluetooth-eszközzel
Egy másik alkalmazás magában foglalja a Zener dióda használatát feszültségszabályozóként. Itt a váltóáramú feszültséget a D1 dióda javítja és a kondenzátor szűri. Ezt a szűrt egyenfeszültséget a dióda szabályozza, hogy állandó referenciafeszültség legyen 15 V. Ezt a szabályozott egyenfeszültséget használják a vezérlő áramkör meghajtására, amelyet a fény kapcsolásának vezérlésére használnak, mint egy automatizált világításvezérlő rendszer.
Zener dióda feszültségszabályozó alkalmazás
Reméljük, hogy pontos, mégis lényeges információkat tudtunk nyújtani a Zener dióda működéséről és alkalmazásairól. Itt van egy egyszerű kérdés az olvasók számára - Miért előnyösebbek a szabályozó IC-k a Zener diódával szemben a szabályozott egyenáramú tápegységben?
Adja meg válaszait és természetesen visszajelzését az alábbi megjegyzés részben.
Fotók
- Zener dióda működik tanulás az elektronikáról
- Elfogulatlan félvezető dióda wikimedia
- A zener dióda működési elve mi-mikor-hogyan
