דיודת זנר - מה זה ולמה?

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-02 13:54

דיודת זנר היא דיודה מוליכים למחצה עם מאפיינים ייחודיים. אם מוליך למחצה רגיל הוא מבודד כשהוא מופעל מחדש, אז הוא מבצע את הפונקציה הזו עד לעלייה מסוימת במתח המופעל, ולאחר מכן מתרחש התמוטטות הפיכה דמוי מפולת. עם עלייה נוספת בזרם ההפוך שזורם דרך דיודת הזנר, המתח ממשיך להישאר קבוע עקב ירידה פרופורציונלית בהתנגדות. בדרך זו, ניתן להגיע למצב ייצוב.

במצב סגור, זרם דליפה קטן עובר תחילה דרך דיודת הזנר. האלמנט מתנהג כמו נגד, שערך ההתנגדות שלו גדול. במהלך התמוטטות, ההתנגדות של דיודת הזנר הופכת לזניחה. אם נמשיך להגביר את המתח בכניסה, האלמנט מתחיל להתחמם וכאשר הזרם עולה על הערך המותר, בלתי הפיךהתמוטטות תרמית. אם העניין לא מובא אליו, כאשר המתח משתנה מאפס לגבול העליון של אזור העבודה, נשמרות המאפיינים של דיודת הזנר.

כאשר דיודה זנר מופעלת ישירות, המאפיינים זהים לדיודה. כאשר הפלוס מחובר לאזור p, והמינוס מחובר לאזור n, התנגדות המעבר קטנה והזרם זורם דרכו בחופשיות. הוא עולה ככל שמתח הכניסה עולה.

דיודת זנר היא דיודה מיוחדת המחוברת בעיקר בכיוון ההפוך. האלמנט נמצא ראשון במצב סגור. במקרה של תקלה חשמלית, דיודת הזנר המתח שומרת עליו קבוע בטווח זרם רחב.

מינוס מוחל על האנודה, ופלוס על הקתודה. מעבר לייצוב (מתחת לנקודה 2), מתרחשת התחממות יתר והסבירות לכשל באלמנט עולה.

תכונות

פרמטרים של Zener הם כדלקמן:

• U_st - מתח ייצוב בזרם נקוב I_st;
• I_{st min - זרם התחלה מינימלי של תקלה חשמלית;}
• I_{st max - זרם מרבי מותר;}
• TKN - מקדם טמפרטורה.

בניגוד לדיודה קונבנציונלית, דיודת זנר היא התקן מוליכים למחצה שבו אזורי הפירוק החשמלי והתרמי נמצאים די רחוקים זה מזה במאפיין המתח הזרם.

משויך לזרם המרבי המותר הוא פרמטר שצוין לעתים קרובות בטבלאות - פיזור הספק:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

תלות הטמפרטורה של דיודת הזנר יכולה להיות חיובית או שלילית. על ידי חיבור אלמנטים בסדרה עם מקדמים של סימנים שונים, נוצרות דיודות זנר מדויקות שאינן תלויות בחימום או קירור.

תכניות הכללה

מעגל טיפוסי של מייצב פשוט, מורכב מהתנגדות נטל R_{b ודיודת זנר המרחפת את העומס.}

במקרים מסוימים, ישנה הפרה של ייצוב.

1. הגשה למייצב של מתח גדול ממקור הכוח בנוכחות קבל סינון במוצא. עליות זרם בעת טעינתו עלולות לגרום לכשל של דיודת הזנר או להרס של הנגד R_b.
2. כיבוי טעינה. כאשר המתח המרבי מופעל על הקלט, הזרם של דיודת הזנר עשוי לחרוג מהמותר, מה שיוביל לחימום והרס שלה. כאן חשוב להקפיד על אזור דרכון העבודה הבטוח.
3. התנגדות R_{b נבחרה בקטן כך שבמתח האספקה המינימלי האפשרי ובזרם המרבי המותר בעומס, דיודת הזנר נמצאת באזור ויסות העבודה.}

מעגלים או נתיכים להגנה על תיריסטורים משמשים להגנה על המייצב.

נגד R_{b מחושב לפי הנוסחה:}

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

נוכחידיודת זנר I_st נבחרת בין הערכים המקסימליים והמינימליים המותרים, בהתאם למתח הכניסה U_pit וזרם הטעינה I _n.

Zener Selection

לאלמנטים יש פיזור גדול במתח הייצוב. כדי לקבל את הערך המדויק של U_{n, דיודות זנר נבחרות מאותה אצווה. ישנם סוגים עם טווח צר יותר של פרמטרים. עם פיזור הספק גבוה, האלמנטים מותקנים על רדיאטורים.}

כדי לחשב את הפרמטרים של דיודת הזנר, נדרשים נתונים ראשוניים, למשל, אלה:

• U_{pit=12-15 V - מתח כניסה;}
• U_{st=9 V - מתח מיוצב;}
• R_{n=50-100 mA - load.}

הפרמטרים אופייניים למכשירים עם צריכת חשמל נמוכה.

עבור מתח כניסה מינימלי של 12 V, הזרם על העומס נבחר למקסימום - 100 mA. על פי חוק אוהם, אתה יכול למצוא את העומס הכולל של המעגל:

R_{∑=12 V / 0.1 A=120 Ohm.}

בדיודת הזנר, מפל המתח הוא 9 V. עבור זרם של 0.1 A, העומס המקביל יהיה:

R_{eq=9 V / 0.1 A=90 Ohm.}

עכשיו אתה יכול לקבוע את ההתנגדות של הנטל:

R_{b=120 אוהם - 90 אוהם=30 אוהם.}

הוא נבחר מהשורה הסטנדרטית, שבה הערך זהה לזה המחושב.

הזרם המקסימלי דרך דיודת הזנר נקבע תוך התחשבות בניתוק העומס כדי שלא ייכשל אם חוט כלשהו אינו מולחם. נפילת המתח על הנגד תהיה:

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

אז הזרם דרך הנגד נקבע:

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

מכיוון שדיודת הזנר מחוברת איתה בסדרה, I_c=I_{R=0.2 A.}

פיזור הכוח יהיה P=0.2∙9=1.8 W.

לפי הפרמטרים שהתקבלו, נבחרה דיודת זנר מתאימה D815V.

דיודת זנר סימטרית

תיריסטור דיודה סימטרית הוא התקן מיתוג המוליך זרם חילופין. תכונה של עבודתו היא ירידת מתח של עד כמה וולט כאשר מופעלת בטווח של 30-50 V. זה יכול להיות מוחלף על ידי שתי דיודות זנר קונבנציונלי מחובר נגד. התקנים משמשים כרכיבי מיתוג.

אנלוגי של דיודת זנר

כאשר לא ניתן למצוא אלמנט מתאים, הם משתמשים באנלוגי של דיודת זנר בטרנזיסטורים. היתרון שלהם הוא האפשרות של ויסות מתח. ניתן להשתמש במגברי DC רב-שלביים לשם כך.

מחלק מתח עם נגד חיתוך R1 מותקן בכניסה. אם מתח הכניסה עולה, על בסיס הטרנזיסטור VT1 הוא גם עולה. במקביל, הזרם דרך הטרנזיסטור VT2 גדל, מה שמפצה על עליית המתח, ובכך שומר אותו יציב במוצא.

סימון של דיודות זנר

דיודות זנר מזכוכית ודיודות זנר במארזים מפלסטיק מיוצרות. במקרה הראשון, מוחלים עליהם 2 מספרים, שביניהם נמצאת האות V. הכתובת 9V1 פירושה כיU_{st=9, 1 V.}

על מארז הפלסטיק, הכתובות מפוענחות באמצעות גיליון נתונים, שבו ניתן לברר גם פרמטרים נוספים.

הטבעת הכהה על המארז מציינת את הקתודה שאליה מחובר הפלוס.

מסקנה

דיודת זנר היא דיודה בעלת מאפיינים מיוחדים. היתרון של דיודות זנר הוא רמה גבוהה של ייצוב מתח עם מגוון רחב של שינויים בזרם הפעלה, כמו גם תוכניות חיבור פשוטות. כדי לייצב מתח קטן, המכשירים מופעלים בכיוון קדימה, והם מתחילים לעבוד כמו דיודות רגילות.