Zenerovy diody jsou normální přechodové diody PN pracující v obráceném předpětí. Práce Zenerovy diody je podobná přechodové diodě PN v předpjatém stavu, ale jedinečnost spočívá v tom, že může také fungovat, když je připojena v opačném předpětí nad svým prahovým / poruchovým napětím. Patří mezi základní typy diod často používané kromě běžných diod.

Zenerova dioda pracuje

Polovodičová dioda ve stavu obráceného předpětí

Pokud si vzpomenete, jednoduchá přechodová dioda PN je tvořena kombinací polovodičového materiálu typu p s polovodičovým materiálem typu n. Když je jedna strana polovodičového krystalu dotována donorovými nečistotami a druhá strana akceptorovými nečistotami, vytvoří se PN přechod.

Nestranná polovodičová dioda

Za normálních podmínek mají otvory ze strany p tendenci difundovat do oblasti s nízkou koncentrací a totéž se děje u elektronů ze strany n.

Otvory tedy difundují na stranu n a elektrony difundují na stranu p. To má za následek akumulaci nábojů kolem křižovatky a vytvoření oblasti vyčerpání.

Nestranná polovodičová dioda

Přes křižovatku se vytváří elektrická polarita nebo elektrický dipól, který způsobuje tok toku z horní strany n strany. To má za následek měnící se zápornou intenzitu elektrického pole, generující elektrický potenciál přes křižovatku. Tento elektrický potenciál je ve skutečnosti prahové napětí diody a pohybuje se kolem 0,6 V pro křemík a 0,2 V pro germánium. Funguje to jako potenciální bariéra pro tok většiny nosičů náboje a zařízení se neřídí.

Nyní, když je normální dioda předpjatá tak, že na stranu n je přivedeno záporné napětí a na stranu p kladné napětí, říká se, že dioda je ve stavu předpětí. Toto přivedené napětí má tendenci snižovat potenciální bariéru poté, co překročí prahové napětí.

V tomto bodě a později většina nosných překročí potenciální bariéru a zařízení začne vést s tokem proudu skrz ni.

Když je dioda předpjata v opačném stavu než výše, aplikované napětí je takové, že zvyšuje potenciální bariéru a brání toku většiny nosných. Umožňuje však tok menšinových nosičů (díry typu n a elektrony typu p). Jak se toto napětí zkreslení zvyšuje, reverzní proud má tendenci se postupně zvyšovat.

V určitém okamžiku je toto napětí takové, že způsobuje rozpad oblasti vyčerpání a způsobuje masivní zvýšení toku proudu. Zde vstupuje do hry Zenerova dioda.

Princip fungování Zenerovy diody

Jak je uvedeno výše, základní princip fungování Zenerovy diody spočívá v příčině poruchy diody v obráceném předpětí. Normálně existují dva typy poruch - Zener a Avalanche.

“jak používat integrované obvody ”

Princip fungování zenerovy diody

Zenerovo zhroucení

K tomuto typu poruchy dochází při zpětném zkreslení napětí mezi 2 až 8V. I při tomto nízkém napětí je intenzita elektrického pole dostatečně silná, aby vyvinula sílu na valenční elektrony atomu tak, že jsou oddělena od jader. To má za následek vytvoření mobilních párů elektron-díra, což zvyšuje tok proudu zařízením. Přibližná hodnota tohoto pole je přibližně 2 * 10 ^ 7 V / m.

K tomuto typu poruchy obvykle dochází u vysoce dotované diody s nízkým poruchovým napětím a větším elektrickým polem. Jak teplota stoupá, valenční elektrony získávají více energie k narušení z kovalentní vazby a je zapotřebí menšího množství vnějšího napětí. Zenerovo průrazné napětí tedy klesá s teplotou.

Členění laviny

K tomuto typu poruchy dochází při zpětném předpětí nad 8 V a vyšším. Vyskytuje se u lehce dopovaných diod s velkým průrazným napětím. Vzhledem k tomu, že nosiče (elektrony) menšinových nábojů proudí zařízením, mají sklon kolidovat s elektrony v kovalentní vazbě a způsobit narušení kovalentní vazby. Jak se zvyšuje napětí, zvyšuje se také kinetická energie (rychlost) elektronů a kovalentní vazby se snadněji narušují, což způsobuje nárůst párů elektronů a děr. Lavinové průrazné napětí se zvyšuje s teplotou.

3 aplikace Zenerovy diody

1. Zenerova dioda jako napětí

Ve stejnosměrném obvodu může být Zenerova dioda použita jako regulátor napětí nebo k poskytnutí reference napětí. Hlavní použití Zenerovy diody spočívá ve skutečnosti, že napětí na Zenerově diodě zůstává konstantní pro větší změnu proudu. To umožňuje použít Zenerovu diodu jako zařízení s konstantním napětím nebo jako regulátor napětí.

V každém napájecí obvod se používá regulátor k zajištění konstantního výstupního (zátěžového) napětí bez ohledu na kolísání vstupního napětí nebo kolísání zatěžovacího proudu. Změna vstupního napětí se nazývá síťová regulace, zatímco změna proudu zátěže se nazývá regulace zátěže.

Zenerova dioda jako regulátor napětí

Jednoduchý obvod zahrnující Zenerovu diodu jako regulátor vyžaduje odpor nízké hodnoty zapojený do série se zdrojem vstupního napětí. Nízká hodnota je požadována, aby byl umožněn maximální tok proudu diodou zapojenou paralelně. Jediným omezením však je, že proud procházející Zenerovou diodou by neměl být menší než minimální proud Zenerovy diody. Jednoduše řečeno, pro minimální vstupní napětí a maximální zatěžovací proud by proud Zenerovy diody měl být vždy I_zmin.

Při navrhování regulátoru napětí pomocí Zenerovy diody je druhá zvolena s ohledem na maximální jmenovitý výkon. Jinými slovy, maximální proud procházející zařízením by měl být: -

Já_max= Síla / Zenerovo napětí

Protože vstupní napětí a požadované výstupní napětí jsou známy, je snazší zvolit Zenerovu diodu s napětím přibližně rovným zátěžovému napětí, tj. Vz ~ = V_nebo.

Hodnota sériového odporu je zvolena tak, aby byla

“jak postavit setrvačník ”

R = (V_v- V_s) / (I._zmin+ Já_L), kde já_L= Zátěžové napětí / odpor zátěže.

Všimněte si, že pro zátěžová napětí do 8 V lze použít jednu Zenerovu diodu. U zátěžových napětí nad 8 V, které vyžadují Zenerova napětí s vyšší hodnotou napětí, se však doporučuje použít dopředně předpjatou diodu v sérii se Zenerovou diodou. Je tomu tak proto, že Zenerova dioda při vyšším napětí sleduje princip rozpadu laviny a má kladnou teplotu koeficientu.

Proto se pro kompenzaci používá dioda se záporným teplotním koeficientem. Samozřejmě se v dnešní době používají praktické Zenerovy diody s teplotní kompenzací.

2. Zenerova dioda jako reference napětí

Zenerova dioda jako reference napětí

V napájecích zdrojích a mnoha dalších obvodech najde Zenerova dioda své uplatnění jako poskytovatel konstantního napětí nebo jako referenční napětí. Jedinou podmínkou je, že vstupní napětí by mělo být větší než Zenerovo napětí a sériový rezistor by měl mít minimální hodnotu tak, aby zařízením protékal maximální proud.

3. Zenerova dioda jako napěťová svorka

V obvodu zahrnujícím vstupní zdroj střídavého proudu, který se liší od normálu Upínací obvod PN diody lze také použít Zenerovu diodu. Dioda může být použita k omezení špičky výstupního napětí na Zenerovo napětí na jedné straně a na přibližně 0 V na druhé straně sinusového průběhu.

“1 fáze vs 2 fáze ”

zenerova dioda jako napěťová svorka

Ve výše uvedeném obvodu, během kladného polovičního cyklu, jakmile je vstupní napětí takové, že je zenerova dioda reverzně předpjatá, je výstupní napětí po určitou dobu konstantní, dokud napětí nezačne klesat.

Nyní během záporného polovičního cyklu je Zenerova dioda v předpjatém předpjatém spojení. Jak se záporné napětí zvyšuje na prahové napětí pro předávání, dioda začíná vodit a záporná strana výstupního napětí je omezena na prahové napětí.

Všimněte si, že pro získání výstupního napětí pouze v kladném rozsahu použijte dvě Zenerovy diody s opačným předpětím v sérii.

Pracovní aplikace Zenerovy diody

S rostoucí popularitou smartphonů projekty založené na Androidu jsou dnes upřednostňovány. Tyto projekty zahrnují použití Bluetooth technologická zařízení. Tato zařízení Bluetooth vyžadují pro provoz přibližně 3 V napětí. V takových případech se používá Zenerova dioda k poskytnutí 3V reference k zařízení Bluetooth.

Pracovní aplikace Zenerovy diody zahrnující zařízení Bluetooth

Další aplikace zahrnuje použití Zenerovy diody jako regulátoru napětí. Zde je střídavé napětí usměrněno diodou D1 a filtrováno kondenzátorem. Toto filtrované stejnosměrné napětí je regulováno diodou tak, aby poskytovalo konstantní referenční napětí 15V. Toto regulované stejnosměrné napětí se používá k pohonu řídicího obvodu, který se používá k řízení spínání světla, jako v automatizovaný systém řízení osvětlení.

Aplikace regulace napětí zenerovy diody

Doufáme, že jsme byli schopni poskytnout přesné, ale základní informace o práci Zenerovy diody a jejích aplikacích. Zde je jednoduchá otázka pro čtenáře - Proč jsou v regulovaném stejnosměrném napájení většinou preferovány integrované obvody regulátoru před Zenerovou diodou?

Odpovědi a samozřejmě zpětnou vazbu sdělte v sekci komentářů níže.

Fotografické kredity