O diodă semiconductoare are multe „profesii”. Poate redresa tensiunea, poate dezlega circuitele electrice, poate proteja echipamentele de alimentarea necorespunzătoare. Dar există un tip de „lucrare” nu tocmai obișnuit al diodei, când proprietatea sa de conducție unidirecțională este folosită foarte indirect. Un dispozitiv semiconductor pentru care modul normal este polarizarea inversă se numește diodă Zener.
Conţinut
Ce este o diodă Zener, unde este folosită și ce sunt
O diodă Zener, sau o diodă Zener (numită după un om de știință american care a fost primul care a studiat și descris proprietățile acestui dispozitiv semiconductor), este o diodă convențională cu o joncțiune p-n.Caracteristica sa este lucrul în secțiunea caracteristicii cu polaritate negativă, adică atunci când tensiunea este aplicată în polaritate inversă. O astfel de diodă este utilizată ca stabilizator independent care menține constantă tensiunea consumatorului, indiferent de modificările curentului de sarcină și de fluctuațiile tensiunii de intrare. De asemenea, nodurile de pe diodele zener sunt folosite ca surse de tensiune de referință pentru alți stabilizatori cu un circuit dezvoltat. Mai rar, o diodă inversă este utilizată ca element de modelare a impulsului sau protector de supratensiune.
Există diode zener convenționale și cele cu doi anozi. O diodă Zener cu doi anozi este formată din două diode conectate spate în spate într-o singură carcasă. Poate fi înlocuit cu două dispozitive separate, incluzându-le conform schemei corespunzătoare.
Caracteristica volt-amperi a diodei zener și principiul ei de funcționare
Pentru a înțelege principiul de funcționare al unei diode Zener, este necesar să se studieze caracteristica curent-tensiune tipică (CVC).
Dacă o tensiune este aplicată zenerului în direcția înainte, ca la o diodă convențională, atunci se va comporta ca o diodă convențională. La o tensiune de aproximativ 0,6 V (pentru un dispozitiv de siliciu), se va deschide și va intra în secțiunea liniară a caracteristicii I–V. Pe tema articolului, comportamentul unei diode zener este mai interesant atunci când se aplică o tensiune de polaritate inversă (ramură negativă a caracteristicii). În primul rând, rezistența sa va crește brusc, iar dispozitivul nu va mai trece curentul. Dar când se atinge o anumită valoare a tensiunii, va avea loc o creștere bruscă a curentului, numită defecțiune. Are un caracter de avalanșă și dispare după ce puterea este îndepărtată.Dacă continuați să creșteți tensiunea inversă, atunci joncțiunea p-n va începe să se încălzească și va intra în modul de defecțiune termică. Defectarea termică este ireversibilă și înseamnă defecțiunea diodei zener, așa că nu trebuie să puneți dioda în acest mod.
O zonă interesantă de funcționare a unui dispozitiv semiconductor în modul de defalcare a avalanșelor. Forma sa este aproape liniară și are o abruptă mare. Aceasta înseamnă că, cu o schimbare mare a curentului (ΔI), modificarea căderii de tensiune pe dioda Zener este relativ mică (ΔU). Și aceasta este stabilizarea.
Acest comportament atunci când se aplică o tensiune inversă este tipic pentru orice diodă. Dar particularitatea diodei zener este că parametrii săi din această secțiune a CVC sunt normalizați. Tensiunea și panta de stabilizare a acestuia sunt date (cu o anumită răspândire) și sunt parametri importanți care determină adecvarea dispozitivului în circuit. Le puteți găsi în cărțile de referință. Diodele obișnuite pot fi folosite și ca diode zener - dacă le eliminați CVC și printre ele există o caracteristică potrivită. Dar acesta este un proces lung, laborios, cu un rezultat negarantat.
Principalele caracteristici ale diodei zener
Pentru a alege o diodă Zener în scopuri existente, trebuie să cunoașteți câțiva parametri importanți. Aceste caracteristici vor determina adecvarea dispozitivului selectat pentru rezolvarea sarcinilor.
Tensiune nominală de stabilizare
Primul parametru al zener-ului, căruia trebuie să îi acordați atenție atunci când alegeți, este tensiunea de stabilizare, care este determinată de punctul de început al defecțiunii avalanșei. Începe cu selectarea unui dispozitiv pentru utilizare în circuit.Pentru cazuri diferite de diode zener obișnuite, chiar și de același tip, tensiunea are o răspândire în regiunea de câteva procente, pentru cele de precizie diferența este mai mică. Dacă tensiunea nominală este necunoscută, aceasta poate fi determinată prin asamblarea unui circuit simplu. Ar trebui să vă pregătiți:
- rezistență de balast 1 ... 3 kOhm;
- sursa de tensiune reglabila;
- voltmetru (puteți folosi un tester).
Este necesar să creșteți tensiunea sursei de alimentare de la zero, controlând creșterea tensiunii la dioda zener folosind un voltmetru. La un moment dat, se va opri, în ciuda unei creșteri suplimentare a tensiunii de intrare. Aceasta este tensiunea de stabilizare reală. Dacă nu există o sursă reglementată, puteți utiliza o sursă de alimentare cu o tensiune de ieșire constantă evident mai mare decât Ustabilizare. Schema și principiul măsurării rămân aceleași. Dar există riscul de defecțiune a dispozitivului semiconductor din cauza excesului de curent de funcționare.
Diodele Zener sunt folosite pentru a lucra cu tensiuni de la 2 ... 3 V la 200 V. Pentru a forma o tensiune stabilă sub acest interval, se folosesc alte dispozitive - stabistori care funcționează în secțiunea directă a CVC.
Gama de curent de funcționare
Curentul la care diodele zener își îndeplinesc funcția este limitat de sus și de jos. De jos, este limitat de începutul secțiunii liniare a ramurii inverse a CVC. La curenți mai mici, caracteristica nu oferă un mod de tensiune constantă.
Valoarea superioară este limitată de puterea maximă de disipare de care este capabil un dispozitiv semiconductor și depinde de proiectarea acestuia. Diodele Zener într-o carcasă metalică sunt proiectate pentru mai mult curent, dar nu uitați de utilizarea radiatoarelor.Fără ele, puterea maximă de disipare admisă va fi semnificativ mai mică.
Rezistență diferențială
Un alt parametru care determină funcționarea diodei zener este rezistența diferențială Rst. Este definit ca raportul dintre modificarea tensiunii ΔU și schimbarea curentului ΔI care a provocat-o. Această valoare are dimensiunea rezistenței și se măsoară în ohmi. Grafic, aceasta este tangenta pantei secțiunii de lucru a caracteristicii. Evident, cu cât rezistența este mai mică, cu atât calitatea stabilizării este mai bună. Pentru o diodă zener ideală (care nu există în practică), Rst este egal cu zero - orice creștere a curentului nu va provoca nicio modificare a tensiunii, iar secțiunea caracteristică I-V va fi paralelă cu axa y.
Marcare cu diodă Zener
Diodele Zener interne și importate într-o carcasă metalică sunt marcate simplu și clar. Ele sunt marcate cu numele dispozitivului și locația anodului și catodului sub forma unei denumiri schematice.
Dispozitivele dintr-o carcasă de plastic sunt marcate cu inele și puncte de diferite culori pe părțile catodului și anodului. După culoarea și combinația de caractere, puteți determina tipul de dispozitiv, dar pentru aceasta trebuie să vă uitați în cărți de referință sau să utilizați programe de calculator. Ambele pot fi găsite pe Internet.
Uneori se aplică o tensiune de stabilizare diodelor zener de putere mică.
Circuite de comutare cu diode Zener
Circuitul principal pentru pornirea unei diode zener este în serie cu rezistor, care stabilește curentul prin dispozitivul semiconductor și preia tensiunea în exces. Cele două elemente fac divizor comun. Când tensiunea de intrare se modifică, căderea pe dioda Zener rămâne constantă, în timp ce căderea peste rezistor se modifică.
Un astfel de circuit poate fi utilizat independent și se numește stabilizator parametric. Menține constantă tensiunea la sarcină, în ciuda fluctuațiilor tensiunii de intrare sau curentului absorbit (în anumite limite). Un bloc similar este, de asemenea, utilizat ca circuit auxiliar unde este nevoie de o sursă de tensiune de referință.
O astfel de includere este folosită și ca protecție a echipamentelor sensibile (senzori etc.) împotriva apariției anormale a tensiunii înalte în linia de putere sau de măsurare (impulsuri constante sau aleatorii). Orice lucru peste tensiunea de stabilizare a dispozitivului semiconductor este „decuplat”. O astfel de schemă se numește „barieră Zener”.
Anterior, proprietatea diodei Zener de a „taia” vârfurile de tensiune a fost utilizată pe scară largă în circuitele de modelare a impulsurilor. Dispozitivele cu doi anozi au fost folosite în circuitele de curent alternativ.
Dar odată cu dezvoltarea tehnologiei tranzistorilor și apariția circuitelor integrate, acest principiu a fost rar folosit.
Dacă nu există o diodă zener la îndemână pentru tensiunea dorită, aceasta poate fi formată din două. Tensiunea totală de stabilizare va fi egală cu suma celor două tensiuni.
Important! Nu conectați diode zener în paralel pentru a crește curentul de funcționare! Răspândirea caracteristicilor curent-tensiune va duce la ieșirea unei diode zener în zona de defecțiune termică, apoi a doua va eșua din cauza excesului de curent de sarcină.
Deși în documentația tehnică a vremurilor URSS este permis paralel includere Zener în paralel, dar cu condiția ca dispozitivele să fie de același tip și puterea totală de disipare efectivă în timpul funcționării să nu depășească valoarea admisă pentru o singură diodă Zener. Adică, o creștere a curentului de funcționare în această condiție nu poate fi realizată.
Pentru a crește curentul de sarcină admisibil, se utilizează o altă schemă. Stabilizatorul parametric este suplimentat cu un tranzistor, iar un emițător adept este obținut cu o sarcină în circuitul emițător și un stabil tensiunea de bază a tranzistorului.
În acest caz, tensiunea de ieșire a stabilizatorului va fi mai mică decât Ustabilizare cu cantitatea de cădere de tensiune la joncțiunea emițătorului - pentru un tranzistor de siliciu, aproximativ 0,6 V. Pentru a compensa această scădere, puteți porni o diodă în serie cu dioda zener în direcția înainte.
În acest fel (prin pornirea uneia sau mai multor diode), puteți regla în sus tensiunea de ieșire a stabilizatorului într-un interval mic. Dacă trebuie să creșteți radical Uout, este mai bine să porniți încă o diodă zener în serie.
Domeniul de aplicare al diodei Zener în circuitele electronice este extins. Cu o abordare conștientă a alegerii, acest dispozitiv semiconductor va ajuta la rezolvarea multor probleme atribuite dezvoltatorului.
Articole similare:
