Zener dioda - šta je to i čemu služi?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-02 13:51

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

U zatvorenom stanju, mala struja curenja prvo prolazi kroz zener diodu. Element se ponaša kao otpornik čija je vrijednost otpora velika. Tokom kvara, otpor zener diode postaje zanemariv. Ako nastavimo povećavati napon na ulazu, element počinje da se zagrijava i kada struja pređe dozvoljenu vrijednost, dolazi do nepovratnogtermički 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 direktno 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 povezana uglavnom u suprotnom smjeru. Element je prvi u zatvorenom stanju. U slučaju električnog kvara, napon zener dioda održava ga konstantnim u širokom strujnom opsegu.

Minus se primjenjuje na anodu, a plus na katodu. Iza stabilizacije (ispod tačke 2), dolazi do pregrijavanja i povećava se vjerovatnoća kvara elementa.

Karakteristike

Zener parametri su sljedeći:

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

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

Povezan sa maksimalnom dozvoljenom strujom je parametar koji se često navodistolovi - disipacija snage:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

Temperaturna zavisnost zener diode može biti pozitivna ili negativna. Povezivanjem elemenata u seriju sa koeficijentima različitih predznaka nastaju precizne zener diode koje ne zavise od grejanja ili hlađenja.

Šeme uključivanja

Tipično kolo 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 prisustvo 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 dozvoljenu, što će dovesti do njenog zagrijavanja i uništenja. Ovdje je važno paziti na sigurno radno područje pasoša.
3. Otpor R_{b je odabran mali tako da pri minimalnom mogućem naponu napajanja i maksimalnoj dozvoljenoj struji na opterećenju, zener dioda bude u zoni regulacije rada.}

Za zaštitu stabilizatora koriste se tiristorski zaštitni krugovi ili osigurači.

Otpornik R_{b se izračunava po formuli:}

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

Trenutnozener dioda I_st se bira između dozvoljenih maksimalnih i minimalnih vrijednosti, u zavisnosti od ulaznog napona U_pit i struje opterećenja I _n.

Zener Selection

Elementi imaju veliki raspon stabilizacijskog napona. Da biste dobili tačnu vrijednost U_{n, zener diode se biraju iz iste serije. Postoje tipovi sa užim rasponom parametara. Uz veliku disipaciju snage, elementi se ugrađuju 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 sa malom potrošnjom energije.

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

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 reda, gdje je vrijednost ista kao i izračunata.

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

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

Tada se određuje struja kroz otpornik:

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

Pošto je zener dioda spojena u seriju sa njom, I_c=I_{R=0,2 A.}

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

Prema dobijenim parametrima, odabrana je odgovarajuća Zener dioda D815V.

Simetrična zener dioda

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

Analog zener diode

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

Na ulazu je instaliran djelitelj napona sa trim-otpornikom R1. Ako se poveća ulazni napon, na bazi tranzistora VT1 on također raste. 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 su dešifrovani pomoću datasheet-a, gdje možete saznati i druge parametre.

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

Zaključak

Zener dioda je dioda sa posebnim svojstvima. Prednost zener dioda je visok nivo stabilizacije napona sa širokim rasponom promjena radne struje, kao i jednostavne sheme povezivanja. Da bi se stabilizovao mali napon, uređaji se uključuju u pravcu napred i počinju da rade kao obične diode.