Zenerove diódy sú normálne prechodové PN diódy pracujúce v opačnom predpätí. Fungovanie Zenerovej diódy je podobné ako prechodová PN dióda v predopnutom stave, ale jedinečnosť spočíva v tom, že môže fungovať aj vtedy, keď je pripojená v opačnom predpätí, ako je jej prahové / poruchové napätie. Patria medzi základné typy diód často používané okrem bežných diód.

Zenerova dióda pracuje

Polovodičová dióda v opačnom predpätí

Ak si spomeniete, jednoduchá prechodová dióda PN je tvorená kombináciou polovodičového materiálu typu p s polovodičovým materiálom typu n. Keď je jedna strana polovodičového kryštálu dotovaná donorovými nečistotami a druhá strana akceptorovými nečistotami, vytvorí sa spojenie PN.

Nestranná polovodičová dióda

Za normálnych podmienok majú otvory zo strany p tendenciu difundovať do oblasti s nízkou koncentráciou a to isté sa deje s elektrónmi zo strany n.

Otvory teda difundujú na stranu n a elektróny difundujú na stranu p. To má za následok hromadenie nábojov okolo križovatky, ktoré tvoria oblasť vyčerpania.

Nestranná polovodičová dióda

Cez križovatku sa vytvára elektrická polarita alebo elektrický dipól, ktorý spôsobuje tok toku z n strany bočnej strany. To má za následok kolísanie negatívnej intenzity elektrického poľa a vytváranie elektrického potenciálu cez križovatku. Tento elektrický potenciál je vlastne prahové napätie diódy a je okolo 0,6 V pre kremík a 0,2 V pre germánium. Funguje to ako potenciálna bariéra pre tok väčšiny nosičov náboja a zariadenie nefunguje.

Teraz, keď je normálna dióda predpätá tak, že na stranu n je privádzané záporné napätie a na stranu p kladné napätie, o dióde sa hovorí, že je v predpätí. Toto privedené napätie má tendenciu znižovať potenciálnu bariéru potom, čo prekročí prahové napätie.

V tomto okamihu a potom väčšina nosičov prekoná potenciálnu bariéru a zariadenie začne viesť s tokom prúdu cez ňu.

Keď je dióda predpätá v opačnom stave ako vyššie, aplikované napätie je také, že zvyšuje potenciálnu bariéru a bráni toku väčšiny nosných. Umožňuje však tok menšinových nosičov (otvory typu n a elektróny typu p). Keď sa toto reverzné predpätie zvyšuje, reverzný prúd má tendenciu postupne sa zvyšovať.

V určitom okamihu je toto napätie také, že spôsobuje rozpad oblasti vyčerpania, čo spôsobuje obrovské zvýšenie toku prúdu. Tu vstupuje do hry Zenerova dióda.

Princíp fungovania Zenerovej diódy

Ako je uvedené vyššie, základný princíp fungovania Zenerovej diódy spočíva v príčine poruchy diódy v opačnom predpätí. Spravidla existujú dva typy porúch - Zener a Avalanche.

“rozdiel medzi c a vloženým c ”

Princíp fungovania zenerovej diódy

Zenerovo zrútenie

Tento typ poruchy nastáva pri spätnom predpätí medzi 2 až 8V. Aj pri tomto nízkom napätí je intenzita elektrického poľa dostatočne silná na to, aby vyvinula silu na valenčné elektróny atómu tak, že sú oddelené od jadier. To má za následok vytvorenie mobilných párov elektrón-diera, čo zvyšuje tok prúdu prístrojom. Približná hodnota tohto poľa je asi 2 * 10 ^ 7 V / m.

Tento typ poruchy sa vyskytuje normálne pre vysoko dotovanú diódu s nízkym prierazným napätím a väčším elektrickým poľom. Pri zvyšovaní teploty valenčné elektróny získavajú viac energie na narušenie z kovalentnej väzby a je potrebné menšie množstvo externého napätia. Zenerove prierazné napätie teda klesá s teplotou.

Rozpad lavíny

Tento typ poruchy sa vyskytuje pri reverznom predpätí nad 8 V a vyššom. Vyskytuje sa pre ľahko dotované diódy s veľkým prierazným napätím. Keď menšinové nosiče náboja (elektróny) pretekajú zariadením, majú tendenciu zrážať sa s elektrónmi v kovalentnej väzbe a spôsobiť narušenie kovalentnej väzby. S nárastom napätia sa zvyšuje aj kinetická energia (rýchlosť) elektrónov a kovalentné väzby sa ľahšie narúšajú, čo spôsobuje nárast párov elektrónov a dier. Lavínové prierazné napätie rastie s teplotou.

3 aplikácie Zenerovej diódy

1. Zenerova dióda ako napätie

V jednosmernom obvode sa môže Zenerova dióda použiť ako regulátor napätia alebo ako referencia napätia. Hlavné použitie Zenerovej diódy spočíva v tom, že napätie na Zenerovej dióde zostáva konštantné pre väčšiu zmenu prúdu. To umožňuje použiť Zenerovu diódu ako zariadenie s konštantným napätím alebo ako regulátor napätia.

V akejkoľvek napájací obvod sa používa regulátor na zabezpečenie konštantného výstupného (záťažového) napätia bez ohľadu na zmeny vstupného napätia alebo zmeny zaťažovacieho prúdu. Zmena vstupného napätia sa nazýva regulácia vedenia, zatiaľ čo zmena prúdu záťaže sa nazýva regulácia zaťaženia.

Zenerova dióda ako regulátor napätia

Jednoduchý obvod zahŕňajúci Zenerovu diódu ako regulátor vyžaduje rezistor nízkej hodnoty zapojený do série so zdrojom vstupného napätia. Nízka hodnota sa vyžaduje, aby sa umožnil maximálny tok prúdu diódou zapojenou paralelne. Jediným obmedzením však je, že prúd prechádzajúci Zenerovou diódou by nemal byť menší ako minimálny prúd Zenerovej diódy. Jednoducho povedané, pre minimálne vstupné napätie a maximálny prúd záťaže by mal byť prúd Zenerovej diódy vždy I_zmin.

Pri návrhu regulátora napätia pomocou Zenerovej diódy je druhá zvolená s ohľadom na jej maximálny výkon. Inými slovami, maximálny prúd prechádzajúci zariadením by mal byť: -

Ja_max= Napájanie / Zenerovo napätie

Pretože je známe vstupné napätie a požadované výstupné napätie, je jednoduchšie zvoliť Zenerovu diódu s napätím približne rovným záťažovému napätiu, t. J. Vz ~ = V_alebo.

Hodnota sériového odporu je zvolená tak, aby bola

“ako zvýšiť prúd v obvode ”

R = (V_v- V_s) / (I_zmin+ Ja_Ľ), kde ja_Ľ= Zaťažovacie napätie / odpor záťaže.

Upozorňujeme, že pre záťažové napätie do 8 V je možné použiť jednu Zenerovu diódu. Avšak pri záťažových napätiach nad 8 V, ktoré vyžadujú Zenerove napätia s vyššou hodnotou napätia, sa odporúča použiť predzosilňovaciu diódu v sérii so Zenerovou diódou. Je to z toho dôvodu, že Zenerova dióda pri vyššom napätí sleduje princíp rozpadu lavíny a má kladnú teplotu koeficientu.

Preto sa na kompenzáciu použije dióda so záporným teplotným koeficientom. V dnešnej dobe sa samozrejme používajú praktické Zenerove diódy s teplotnou kompenzáciou.

2. Zenerova dióda ako referencia napätia

Zenerova dióda ako referencia napätia

V napájacích zdrojoch a mnohých ďalších obvodoch nachádza Zenerova dióda svoje uplatnenie ako poskytovateľ konštantného napätia alebo ako referencia napätia. Jedinou podmienkou je, že vstupné napätie by malo byť väčšie ako Zenerovo napätie a sériový rezistor by mal mať minimálnu hodnotu, aby prístrojom pretekal maximálny prúd.

3. Zenerova dióda ako napäťová svorka

V obvode, ktorý obsahuje vstupný zdroj striedavého prúdu, sa líši od normálu Upínací obvod PN diódy , možno použiť aj Zenerovu diódu. Dióda sa môže použiť na obmedzenie špičky výstupného napätia na Zenerovo napätie na jednej strane a na približne 0 V na druhej strane sínusového priebehu.

“Schéma zapojenia 3 -fázového indukčného motora ”

zenerova dióda ako napäťová svorka

Vo vyššie uvedenom obvode, počas kladného pol cyklu, akonáhle je vstupné napätie také, že zenerova dióda je spätne predpätá, je výstupné napätie konštantné po určitý čas, kým sa napätie nezačne znižovať.

Teraz počas záporného pol cyklu je Zenerova dióda v predpojatom prepojení. Keď sa záporné napätie zvýši na smerovacie prahové napätie, dióda začne viesť a záporná strana výstupného napätia je obmedzená na prahové napätie.

Upozorňujeme, že na získanie výstupného napätia iba v kladnom rozsahu použite dve Zenerove diódy zapojené opačne.

Pracovné aplikácie Zenerovej diódy

S rastúcou popularitou smartfónov projekty založené na systéme Android sa v dnešnej dobe uprednostňujú. Tieto projekty zahŕňajú použitie Bluetooth technologické zariadenia. Tieto zariadenia Bluetooth vyžadujú na svoju prevádzku napätie asi 3 V. V takýchto prípadoch sa používa Zenerova dióda na zabezpečenie 3V referencie k zariadeniu Bluetooth.

Pracovná aplikácia zenerovej diódy zahŕňajúca zariadenie Bluetooth

Pracovná aplikácia Zenerovej diódy, ktorá sa týka zariadenia Bluetooth

Ďalšia aplikácia spočíva v použití Zenerovej diódy ako regulátora napätia. Tu je striedavé napätie usmernené diódou D1 a filtrované kondenzátorom. Toto filtrované jednosmerné napätie je regulované diódou tak, aby poskytovalo konštantné referenčné napätie 15V. Toto regulované jednosmerné napätie sa používa na pohon riadiaceho obvodu, ktorý sa používa na riadenie spínania svetla, ako v automatizovaný systém riadenia osvetlenia.

Aplikácia regulácie napätia zenerovej diódy

Dúfame, že sme boli schopní poskytnúť presné, ale základné informácie o práci so zenerovou diódou a jej aplikáciách. Tu je jednoduchá otázka pre čitateľov - Prečo sú v regulovanom jednosmernom napájaní väčšinou preferované integrované obvody regulátora pred Zenerovou diódou?

Odpovede a samozrejme aj spätnú väzbu môžete poskytnúť v sekcii komentárov nižšie.

Fotoúvery