Zener dioda - što je to i čemu služi?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-02 13:56

Zener dioda je poluvodička dioda s jedinstvenim svojstvima. Ako je obični poluvodič izolator kada se ponovno uključi, onda on tu funkciju obavlja do određenog povećanja primijenjenog napona, nakon čega dolazi do reverzibilnog sloma poput lavine. S daljnjim povećanjem obrnute struje koja teče kroz zener diodu, napon nastavlja ostati konstantan zbog proporcionalnog smanjenja otpora. Na ovaj način moguće je postići stabilizacijski režim.

U zatvorenom stanju, mala struja curenja prvo prolazi kroz zener diodu. Element se ponaša kao otpornik čija je vrijednost otpora velika. Tijekom kvara, otpor zener diode postaje zanemariv. Ako nastavimo povećavati napon na ulazu, element se počinje zagrijavati i kada struja prijeđe dopuštenu vrijednost, dolazi do nepovratnogtoplinski slom. Ako se stvar ne dovede do toga, kada se napon promijeni od nule do gornje granice radnog područja, svojstva zener diode su sačuvana.

Kada je zener dioda izravno uključena, karakteristike su iste kao diode. Kada je plus spojen na p-područje, a minus na n-područje, prijelazni otpor je mali i struja slobodno teče kroz njega. Raste kako se povećava ulazni napon.

Zener dioda je posebna dioda spojena uglavnom u suprotnom smjeru. Element je prvi u zatvorenom stanju. U slučaju električnog kvara, napon zener dioda održava ga konstantnim u širokom rasponu struje.

Na anodu se primjenjuje minus, a na katodu plus. Izvan stabilizacije (ispod točke 2), dolazi do pregrijavanja i povećava se vjerojatnost kvara elementa.

Značajke

Zenerovi parametri su sljedeći:

• U_st - stabilizacijski napon pri nazivnoj struji I_st;
• I_{st min - minimalna početna struja električnog kvara;}
• I_{st max - maksimalna dopuštena struja;}
• TKN - temperaturni koeficijent.

Za razliku od konvencionalne diode, zener dioda je poluvodički uređaj u kojem su područja električnog i toplinskog kvara prilično udaljena na strujno-naponskoj karakteristici.

Povezan s maksimalnom dopuštenom strujom je parametar koji se često navoditablice - rasipanje snage:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

Temperaturna ovisnost zener diode može biti pozitivna ili negativna. Serijskim spajanjem elemenata s koeficijentima različitih predznaka nastaju precizne zener diode koje ne ovise o grijanju ili hlađenju.

Sheme uključivanja

Tipični krug jednostavnog stabilizatora, sastoji se od balastnog otpora R_{b i zener diode koja shuntuje opterećenje.}

U nekim slučajevima dolazi do kršenja stabilizacije.

1. Predavanje stabilizatoru velikog napona iz izvora napajanja uz prisutnost filterskog kondenzatora na izlazu. Prenaponi struje pri punjenju mogu uzrokovati kvar zener diode ili uništenje otpornika R_b.
2. Isključivanje učitavanja. Kada se na ulaz primijeni maksimalni napon, struja zener diode može premašiti dopuštenu, što će dovesti do njenog zagrijavanja i uništenja. Ovdje je važno paziti na sigurno područje radne putovnice.
3. Otpor R_{b odabran je mali tako da pri minimalnom mogućem naponu napajanja i maksimalnoj dopuštenoj struji na opterećenju, zener dioda bude u zoni regulacije rada.}

Za zaštitu stabilizatora koriste se tiristorski zaštitni krugovi ili osigurači.

Otpornik R_{b izračunava se po formuli:}

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

Trenutnozener dioda I_st bira se između dopuštenih maksimalnih i minimalnih vrijednosti, ovisno o ulaznom naponu U_pit i struji opterećenja I _n.

Zener Selection

Elementi imaju veliki raspon stabilizacijskog napona. Za dobivanje točne vrijednosti U_{n, zener diode se odabiru iz iste serije. Postoje vrste s užim rasponom parametara. Uz veliku disipaciju snage, elementi se postavljaju na radijatore.}

Za izračunavanje parametara zener diode potrebni su početni podaci, na primjer, ovi:

• U_{pit=12-15 V - ulazni napon;}
• U_{st=9 V - stabilizirani napon;}
• R_{n=50-100 mA - opterećenje.}

Parametri su tipični za uređaje s niskom potrošnjom energije.

Za minimalni ulazni napon od 12 V, struja na opterećenju je odabrana na maksimum - 100 mA. Prema Ohmovom zakonu, možete pronaći ukupno opterećenje kruga:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 Ohm.}

Na zener diodi, pad napona je 9 V. Za struju od 0,1 A, ekvivalentno opterećenje će biti:

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

Sada možete odrediti otpor balasta:

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

Bira se iz standardnog retka, gdje je vrijednost ista kao i izračunata.

Maksimalna struja kroz zener diodu određuje se uzimajući u obzir isključenje opterećenja kako ne bi došlo do kvara ako se bilo koja žica odlemi. Pad napona na otporniku bit će:

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

Tada se određuje struja kroz otpornik:

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

Budući da je zener dioda spojena u seriju s njom, I_c=I_{R=0,2 A.}

Disipacija snage bit će P=0,2∙9=1,8 W.

Prema dobivenim parametrima odabrana je prikladna Zener dioda D815V.

Simetrična zener dioda

Simetrični diodni tiristor je sklopni uređaj koji provodi izmjeničnu struju. Značajka njegovog rada je pad napona do nekoliko volti kada je uključen u rasponu od 30-50 V. Može se zamijeniti s dvije protupovezane konvencionalne zener diode. Uređaji se koriste kao sklopni elementi.

Analog zener diode

Kada nije moguće pronaći odgovarajući element, koriste se analogom zener diode na tranzistorima. Njihova prednost je mogućnost regulacije napona. Za to se mogu koristiti višestupanjska DC pojačala.

Na ulazu je instaliran djelitelj napona s trim-otpornikom R1. Ako se ulazni napon povećava, na bazi tranzistora VT1 također se povećava. Istovremeno, struja kroz tranzistor VT2 raste, što kompenzira povećanje napona, čime se održava stabilnim na izlazu.

Označavanje zener dioda

Proizvode se staklene zener diode i zener diode u plastičnim kućištima. U prvom slučaju na njih se primjenjuju 2 broja između kojih se nalazi slovo V. Natpis 9V1 znači daU_{st=9, 1 V.}

Na plastičnom kućištu natpisi se dešifriraju pomoću podatkovne tablice, gdje možete saznati i druge parametre.

Tamni prsten na kućištu označava katodu na koju je spojen plus.

Zaključak

Zener dioda je dioda s posebnim svojstvima. Prednost zener dioda je visoka razina stabilizacije napona sa širokim rasponom promjena radne struje, kao i jednostavne sheme povezivanja. Da bi se stabilizirao mali napon, uređaji se uključuju u smjeru naprijed i počinju raditi kao obične diode.