Diod semikonduktor mempunyai banyak "profesion". Ia boleh membetulkan voltan, membuka litar elektrik, melindungi peralatan daripada bekalan kuasa yang tidak betul. Tetapi terdapat jenis "kerja" yang tidak biasa bagi diod, apabila sifat pengaliran sehalanya digunakan secara tidak langsung. Peranti semikonduktor yang mod biasa adalah pincang songsang dipanggil diod zener.
Kandungan
Apakah diod zener, di mana ia digunakan dan apakah itu
Diod zener, atau diod Zener (dinamakan sempena seorang saintis Amerika yang merupakan orang pertama yang mengkaji dan menerangkan sifat peranti semikonduktor ini), ialah diod konvensional dengan persimpangan p-n.Cirinya ialah kerja di bahagian ciri dengan berat sebelah negatif, iaitu, apabila voltan digunakan dalam kekutuban terbalik. Diod sedemikian digunakan sebagai penstabil bebas yang mengekalkan pemalar voltan pengguna, tanpa mengira perubahan dalam arus beban dan turun naik dalam voltan masukan. Juga, nod pada diod zener digunakan sebagai sumber voltan rujukan untuk penstabil lain dengan litar yang dibangunkan. Kurang biasa, diod terbalik digunakan sebagai elemen pembentuk nadi atau pelindung lonjakan.
Terdapat diod zener konvensional dan dua anod. Diod zener dua anod ialah dua diod yang disambungkan ke belakang dalam satu perumah. Ia boleh digantikan oleh dua peranti berasingan, termasuk mereka mengikut skema yang sesuai.
Ciri volt-ampere diod zener dan prinsip operasinya
Untuk memahami prinsip operasi diod zener, adalah perlu untuk mengkaji ciri voltan arus biasa (CVC).
Jika voltan dikenakan pada zener ke arah hadapan, seperti diod konvensional, maka ia akan berkelakuan seperti diod konvensional. Pada voltan kira-kira 0.6 V (untuk peranti silikon), ia akan membuka dan memasuki bahagian linear ciri I–V. Mengenai topik artikel, tingkah laku diod zener lebih menarik apabila voltan kekutuban terbalik digunakan (cawangan negatif ciri). Pertama, rintangannya akan meningkat dengan mendadak, dan peranti akan berhenti menghantar arus. Tetapi apabila nilai voltan tertentu dicapai, peningkatan mendadak dalam arus akan berlaku, dipanggil kerosakan. Ia mempunyai watak longsor, dan hilang selepas kuasa dialih keluar.Jika anda terus meningkatkan voltan terbalik, maka simpang p-n akan mula menjadi panas dan memasuki mod kerosakan haba. Kerosakan terma tidak dapat dipulihkan dan bermakna kegagalan diod zener, jadi anda tidak sepatutnya meletakkan diod ke dalam mod ini.
Kawasan operasi peranti semikonduktor yang menarik dalam mod pecahan runtuhan salji. Bentuknya hampir dengan linear, dan ia mempunyai kecuraman yang tinggi. Ini bermakna dengan perubahan besar dalam arus (ΔI), perubahan penurunan voltan merentasi diod zener adalah agak kecil (ΔU). Dan ini adalah penstabilan.
Tingkah laku ini apabila menggunakan voltan terbalik adalah tipikal untuk mana-mana diod. Tetapi keanehan diod zener ialah parameternya dalam bahagian CVC ini dinormalisasi. Voltan penstabilan dan cerunnya diberikan (dengan sebaran tertentu) dan merupakan parameter penting yang menentukan kesesuaian peranti dalam litar. Anda boleh mencarinya dalam buku rujukan. Diod biasa juga boleh digunakan sebagai diod zener - jika anda mengeluarkan CVC mereka dan di antara mereka terdapat ciri yang sesuai. Tetapi ini adalah proses yang panjang dan susah payah dengan hasil yang tidak terjamin.
Ciri-ciri utama diod zener
Untuk memilih diod Zener untuk tujuan sedia ada, anda perlu mengetahui beberapa parameter penting. Ciri-ciri ini akan menentukan kesesuaian peranti yang dipilih untuk menyelesaikan tugasan.
Voltan penstabilan berkadar
Parameter pertama zener, yang perlu anda perhatikan semasa memilih, ialah voltan penstabilan, yang ditentukan oleh titik permulaan pecahan salji. Ia bermula dengan pemilihan peranti untuk digunakan dalam litar.Untuk contoh yang berbeza bagi diod zener biasa, walaupun daripada jenis yang sama, voltan mempunyai sebaran dalam kawasan beberapa peratus, untuk yang ketepatan perbezaannya adalah lebih rendah. Jika voltan nominal tidak diketahui, ia boleh ditentukan dengan memasang litar ringkas. Anda harus menyediakan:
- perintang balast 1 ... 3 kOhm;
- sumber voltan boleh laras;
- voltmeter (anda boleh menggunakan penguji).
Ia adalah perlu untuk menaikkan voltan sumber kuasa daripada sifar, mengawal pertumbuhan voltan pada diod zener menggunakan voltmeter. Pada satu ketika, ia akan berhenti, walaupun peningkatan selanjutnya dalam voltan input. Ini ialah voltan penstabilan sebenar. Jika tiada sumber terkawal, anda boleh menggunakan bekalan kuasa dengan voltan keluaran malar yang jelas lebih tinggi daripada Penstabilan. Skim dan prinsip pengukuran tetap sama. Tetapi terdapat risiko kegagalan peranti semikonduktor disebabkan oleh lebihan arus operasi.
Diod Zener digunakan untuk bekerja dengan voltan dari 2 ... 3 V hingga 200 V. Untuk membentuk voltan yang stabil di bawah julat ini, peranti lain digunakan - stabistor yang beroperasi di bahagian langsung CVC.
Julat semasa operasi
Arus di mana diod zener melaksanakan fungsinya adalah terhad dari atas dan bawah. Dari bawah, ia dihadkan oleh permulaan bahagian linear cawangan terbalik CVC. Pada arus yang lebih rendah, ciri ini tidak memberikan mod voltan malar.
Nilai atas dihadkan oleh pelesapan kuasa maksimum yang peranti semikonduktor mampu dan bergantung pada reka bentuknya. Diod Zener dalam bekas logam direka untuk lebih arus, tetapi jangan lupa tentang penggunaan sink haba.Tanpa mereka, kuasa pelesapan maksimum yang dibenarkan akan menjadi kurang dengan ketara.
Rintangan pembezaan
Parameter lain yang menentukan operasi diod zener ialah rintangan pembezaan Rst. Ia ditakrifkan sebagai nisbah perubahan voltan ΔU kepada perubahan semasa ΔI yang menyebabkannya. Nilai ini mempunyai dimensi rintangan dan diukur dalam ohm. Secara grafik, ini ialah tangen cerun bahagian kerja ciri. Jelas sekali, semakin rendah rintangan, semakin baik kualiti penstabilan. Untuk diod zener yang ideal (tidak wujud dalam amalan), Rst adalah sama dengan sifar - sebarang peningkatan dalam arus tidak akan menyebabkan sebarang perubahan dalam voltan, dan bahagian ciri I–V akan selari dengan paksi-y.
Penandaan diod Zener
Diod zener domestik dan import dalam bekas logam ditanda dengan mudah dan jelas. Mereka ditandakan dengan nama peranti dan lokasi anod dan katod dalam bentuk penamaan skematik.
Peranti dalam bekas plastik ditandakan dengan cincin dan titik pelbagai warna pada bahagian katod dan anod. Dengan warna dan gabungan aksara, anda boleh menentukan jenis peranti, tetapi untuk ini anda perlu melihat ke dalam buku rujukan atau menggunakan program kalkulator. Kedua-duanya boleh didapati di Internet.
Kadangkala voltan penstabilan digunakan pada diod zener berkuasa rendah.
Litar pensuisan diod zener
Litar utama untuk menghidupkan diod zener adalah bersiri dengan perintang, yang menetapkan arus melalui peranti semikonduktor dan mengambil lebihan voltan. Dua elemen membuat pembahagi biasa. Apabila voltan input berubah, penurunan merentasi diod zener kekal malar, manakala penurunan merentasi perintang berubah.
Litar sedemikian boleh digunakan secara bebas dan dipanggil penstabil parametrik. Ia mengekalkan voltan pada pemalar beban, walaupun turun naik dalam voltan masukan atau arus yang dikeluarkan (dalam had tertentu). Blok serupa juga digunakan sebagai litar tambahan di mana sumber voltan rujukan diperlukan.
Kemasukan sedemikian juga digunakan sebagai perlindungan peralatan sensitif (sensor, dsb.) daripada kejadian tidak normal voltan tinggi dalam talian kuasa atau ukuran (impuls malar atau rawak). Apa-apa sahaja di atas voltan penstabilan peranti semikonduktor "diputuskan". Skim sedemikian dipanggil "penghalang Zener".
Sebelum ini, sifat diod zener untuk "memotong" puncak voltan digunakan secara meluas dalam litar pembentuk nadi. Peranti dua anod digunakan dalam litar arus ulang alik.
Tetapi dengan perkembangan teknologi transistor dan kemunculan litar bersepadu, prinsip ini jarang digunakan.
Jika tiada diod zener di tangan untuk voltan yang dikehendaki, ia boleh terdiri daripada dua. Jumlah voltan penstabilan akan sama dengan jumlah dua voltan.
Penting! Jangan sambungkan diod zener secara selari untuk meningkatkan arus operasi! Penyebaran ciri-ciri voltan semasa akan membawa kepada keluaran satu diod zener ke dalam zon kerosakan haba, maka yang kedua akan gagal disebabkan oleh lebihan arus beban.
Walaupun dalam dokumentasi teknikal zaman USSR ia dibenarkan selari kemasukan zener selari, tetapi dengan syarat bahawa peranti mestilah daripada jenis yang sama dan jumlah kuasa pelesapan sebenar semasa operasi tidak boleh melebihi yang dibenarkan untuk satu diod zener. Iaitu, peningkatan dalam arus operasi di bawah keadaan ini tidak dapat dicapai.
Untuk meningkatkan arus beban yang dibenarkan, skema lain digunakan. Penstabil parametrik ditambah dengan transistor, dan pengikut pemancar diperoleh dengan beban dalam litar pemancar dan stabil voltan asas transistor.
Dalam kes ini, voltan keluaran penstabil akan kurang daripada Penstabilan dengan jumlah penurunan voltan di persimpangan pemancar - untuk transistor silikon, kira-kira 0.6 V. Untuk mengimbangi penurunan ini, anda boleh menghidupkan diod secara bersiri dengan diod zener ke arah hadapan.
Dengan cara ini (dengan menghidupkan satu atau lebih diod), anda boleh melaraskan voltan keluaran penstabil ke atas dalam julat yang kecil. Jika anda perlu meningkatkan Uout secara radikal, lebih baik menghidupkan satu lagi diod zener secara bersiri.
Skop diod zener dalam litar elektronik adalah luas. Dengan pendekatan sedar terhadap pilihan, peranti semikonduktor ini akan membantu menyelesaikan banyak masalah yang diberikan kepada pembangun.
Artikel yang serupa:
