Polovodičová dióda má mnoho „povolaní“. Môže opraviť napätie, rozviazať elektrické obvody, chrániť zariadenie pred nesprávnym napájaním. Existuje však nie celkom obvyklý druh „práce“ diódy, kedy sa veľmi nepriamo využíva jej vlastnosť jednosmerného vedenia. Polovodičové zariadenie, pre ktoré je normálnym režimom spätné predpätie, sa nazýva zenerova dióda.
Obsah
Čo je to zenerova dióda, kde sa používa a aké sú
Zenerova dióda, alebo Zenerova dióda (pomenovaná podľa amerického vedca, ktorý ako prvý študoval a opísal vlastnosti tohto polovodičového zariadenia), je konvenčná dióda s p-n prechodom.Jeho vlastnosťou je práca v úseku charakteristiky so záporným predpätím, to znamená, keď je napätie aplikované s obrátenou polaritou. Takáto dióda sa používa ako nezávislý stabilizátor, ktorý udržuje konštantné napätie spotrebiteľa bez ohľadu na zmeny záťažového prúdu a kolísanie vstupného napätia. Tiež uzly na zenerových diódach sa používajú ako zdroje referenčného napätia pre iné stabilizátory s vyvinutým obvodom. Menej často sa reverzná dióda používa ako prvok na tvarovanie impulzov alebo prepäťová ochrana.
Existujú konvenčné zenerové diódy a dvojanódové diódy. Dvojanódová zenerova dióda sú dve diódy spojené chrbtom k sebe v jednom kryte. Môže byť nahradený dvoma samostatnými zariadeniami, vrátane ich podľa príslušnej schémy.
Voltampérová charakteristika zenerovej diódy a jej princíp činnosti
Aby sme pochopili princíp činnosti zenerovej diódy, je potrebné študovať jej typickú charakteristiku prúdového napätia (CVC).
Ak sa na zenerovú diódu privedie napätie v priepustnom smere, ako na bežnú diódu, bude sa správať ako bežná dióda. Pri napätí asi 0,6 V (pre kremíkové zariadenie) sa otvorí a vstúpi do lineárneho úseku I–V charakteristiky. K téme článku je zaujímavejšie správanie zenerovej diódy, keď je aplikované napätie opačnej polarity (záporná vetva charakteristiky). Po prvé, jeho odpor sa prudko zvýši a zariadenie prestane prechádzať prúdom. Ale keď sa dosiahne určitá hodnota napätia, dôjde k prudkému zvýšeniu prúdu, ktorý sa nazýva rozpad. Má lavínový charakter a po odpojení sily zmizne.Ak budete pokračovať vo zvyšovaní spätného napätia, potom sa spojenie p-n začne zahrievať a vstúpi do režimu tepelného rozpadu. Tepelný prieraz je nevratný a znamená poruchu zenerovej diódy, preto by ste diódu nemali uvádzať do tohto režimu.
Zaujímavá oblasť fungovania polovodičového zariadenia v režime lavínového rozpadu. Jeho tvar je blízky lineárnemu a má vysokú strmosť. To znamená, že pri veľkej zmene prúdu (ΔI) je zmena poklesu napätia na zenerovej dióde relatívne malá (ΔU). A toto je stabilizácia.
Toto správanie pri použití spätného napätia je typické pre akúkoľvek diódu. Ale zvláštnosťou zenerovej diódy je, že jej parametre v tejto časti CVC sú normalizované. Jeho stabilizačné napätie a strmosť sú dané (s určitým rozptylom) a sú dôležitými parametrami, ktoré určujú vhodnosť zariadenia v obvode. Nájdete ich v referenčných knihách. Ako zenerove diódy sa dajú použiť aj obyčajné diódy - ak odstránite ich CVC a medzi nimi je vhodná charakteristika. Ide však o dlhý, namáhavý proces s nezaručeným výsledkom.
Hlavné charakteristiky zenerovej diódy
Ak chcete vybrať Zenerovu diódu pre existujúce účely, musíte poznať niekoľko dôležitých parametrov. Tieto charakteristiky určia vhodnosť zvoleného zariadenia na riešenie úloh.
Menovité stabilizačné napätie
Prvým parametrom zenera, ktorý musíte venovať pozornosť pri výbere, je stabilizačné napätie, ktoré je určené počiatočným bodom lavínového rozpadu. Začína sa výberom zariadenia na použitie v obvode.Pre rôzne príklady obyčajných zenerových diód, aj rovnakého typu, má napätie rozptyl v oblasti niekoľkých percent, pre presné je rozdiel nižší. Ak nie je známe menovité napätie, možno ho určiť zostavením jednoduchého obvodu. Mali by ste pripraviť:
- predradný odpor 1 ... 3 kOhm;
- nastaviteľný zdroj napätia;
- voltmeter (môžete použiť tester).
Je potrebné zvýšiť napätie napájacieho zdroja z nuly a regulovať rast napätia na zenerovej dióde pomocou voltmetra. V určitom okamihu sa zastaví, napriek ďalšiemu zvýšeniu vstupného napätia. Toto je skutočné stabilizačné napätie. Ak nie je regulovaný zdroj, môžete použiť zdroj s konštantným výstupným napätím zjavne vyšším ako Ustabilizácia. Schéma a princíp merania zostávajú rovnaké. Existuje však riziko zlyhania polovodičového zariadenia v dôsledku nadmerného prevádzkového prúdu.
Zenerove diódy sa používajú na prácu s napätím od 2 ... 3 V do 200 V. Na vytvorenie stabilného napätia pod týmto rozsahom sa používajú ďalšie zariadenia - stabistory pracujúce v priamej časti CVC.
Rozsah prevádzkového prúdu
Prúd, pri ktorom zenerové diódy plnia svoju funkciu, je zhora a zdola obmedzený. Zospodu je ohraničený začiatkom lineárneho úseku spätnej vetvy CVC. Pri nižších prúdoch charakteristika neposkytuje režim konštantného napätia.
Horná hodnota je obmedzená maximálnym stratovým výkonom, ktorého je polovodičové zariadenie schopné, a závisí od jeho konštrukcie. Zenerove diódy v kovovom puzdre sú určené na väčší prúd, no netreba zabúdať ani na použitie chladičov.Bez nich bude maximálny povolený rozptylový výkon podstatne menší.
Diferenciálny odpor
Ďalším parametrom, ktorý určuje činnosť zenerovej diódy, je diferenciálny odpor Rst. Je definovaná ako pomer zmeny napätia ΔU k zmene prúdu ΔI, ktorá ju spôsobila. Táto hodnota má rozmer odporu a meria sa v ohmoch. Graficky je to dotyčnica sklonu pracovného úseku charakteristiky. Je zrejmé, že čím nižší odpor, tým lepšia kvalita stabilizácie. Pre ideálnu (v praxi neexistujúcu) zenerovu diódu je Rst rovný nule - akékoľvek zvýšenie prúdu nespôsobí žiadnu zmenu napätia a I–V charakteristika bude rovnobežná s osou y.
Označenie Zenerovej diódy
Domáce a importované zenerove diódy v kovovom puzdre sú označené jednoducho a prehľadne. Sú označené názvom zariadenia a umiestnením anódy a katódy vo forme schematického označenia.
Zariadenia v plastovom obale sú označené krúžkami a bodkami rôznych farieb na katódovej a anódovej strane. Podľa farby a kombinácie znakov môžete určiť typ zariadenia, ale musíte sa pozrieť do referenčných kníh alebo použiť programy kalkulačky. Obe sa dajú nájsť na internete.
Niekedy sa na nízkoenergetické zenerové diódy aplikuje stabilizačné napätie.
Spínacie obvody Zenerovej diódy
Hlavný obvod na zapnutie zenerovej diódy je v sérii s odpor, ktorý nastavuje prúd cez polovodičovú súčiastku a preberá prebytočné napätie. Tieto dva prvky tvoria spoločný deliteľ. Keď sa zmení vstupné napätie, pokles na zenerovej dióde zostáva konštantný, zatiaľ čo pokles na rezistore sa zmení.
Takýto obvod môže byť použitý nezávisle a nazýva sa parametrický stabilizátor. Udržuje napätie pri záťaži konštantné aj napriek kolísaniu vstupného napätia alebo odoberaného prúdu (v určitých medziach). Podobný blok sa používa aj ako pomocný obvod, kde je potrebný zdroj referenčného napätia.
Takéto zaradenie sa používa aj ako ochrana citlivých zariadení (snímače a pod.) pred abnormálnym výskytom vysokého napätia v napájacom alebo meracom vedení (konštantné alebo náhodné impulzy). Čokoľvek nad stabilizačným napätím polovodičovej súčiastky je „odrezané“. Takáto schéma sa nazýva "Zenerova bariéra".
Predtým bola vlastnosť zenerovej diódy „odrezať“ napäťové špičky široko používaná v obvodoch na tvarovanie impulzov. V obvodoch so striedavým prúdom sa používali dvojanódové zariadenia.
Ale s rozvojom tranzistorovej technológie a nástupom integrovaných obvodov sa tento princíp používal len zriedka.
Ak nie je po ruke žiadna zenerova dióda pre požadované napätie, môže byť zložená z dvoch. Celkové stabilizačné napätie sa bude rovnať súčtu týchto dvoch napätí.
Dôležité! Zenerove diódy nezapájajte paralelne, aby ste zvýšili prevádzkový prúd! Rozšírenie charakteristík prúdového napätia povedie k výstupu jednej zenerovej diódy do zóny tepelného rozpadu, potom druhá zlyhá v dôsledku prebytku záťažového prúdu.
Hoci v technickej dokumentácii čias ZSSR je to povolené paralelný začlenenie zenerov paralelne, ale s výhradou, že zariadenia musia byť rovnakého typu a celkový skutočný rozptylový výkon počas prevádzky by nemal presiahnuť prípustnú hodnotu pre jednu zenerovu diódu. To znamená, že za týchto podmienok nie je možné dosiahnuť zvýšenie prevádzkového prúdu.
Na zvýšenie prípustného zaťažovacieho prúdu sa používa iná schéma. Parametrický stabilizátor je doplnený tranzistorom a emitorový sledovač je získaný so záťažou v emitorovom obvode a stabilným napätie bázy tranzistora.
V tomto prípade bude výstupné napätie stabilizátora menšie ako Ustabilizácia o veľkosť poklesu napätia na prechode emitora - pre kremíkový tranzistor asi 0,6 V. Na kompenzáciu tohto poklesu môžete zapnúť diódu v sérii s zenerova dióda v priepustnom smere.
Týmto spôsobom (zapnutím jednej alebo viacerých diód) môžete v malom rozsahu upraviť výstupné napätie stabilizátora smerom nahor. Ak potrebujete radikálne zvýšiť Uout, je lepšie zapnúť ešte jednu zenerovu diódu v sérii.
Rozsah zenerovej diódy v elektronických obvodoch je rozsiahly. S vedomým prístupom k výberu pomôže toto polovodičové zariadenie vyriešiť mnohé problémy pridelené vývojárovi.
Podobné články:
