- Uvod
- Princip delovanja Zener diode:
- Uporaba Zener diode:
- 1. Zenerjeva dioda kot regulator napetosti
- 2. Zenerjeva dioda kot rezalnik valov
- 3. Zenerjeva dioda kot preklopnik napetosti
- Vrste Zener diod:
- Zaključek:
Uvod
Diode so na splošno znane kot naprava, ki omogoča pretok toka v eno smer (pristransko naprej) in nudi odpornost proti toku toka, kadar se uporablja v obratni smeri. Zenerjeva dioda (poimenovana po ameriškem znanstveniku C. Zenerju, ki je prvi razložil njene operativne principe) na drugi strani pa ne dovoljuje le pretoka toka, kadar se uporablja v prednaklonu naprej, ampak omogoča tudi tok toka, kadar se uporablja v obrnjenem prednapetosti do sedaj je uporabljena napetost nad napetostjo okvare, znano kot Zenerjeva napetost razbijanja. Ali z drugimi besedami, napetost razbijanja je napetost, na kateri začne Zener dioda voditi v obratni smeri.
Princip delovanja Zener diode:
Pri običajnih diodah je napetost okvare zelo visoka in se dioda popolnoma poškoduje, če se uporabi napetost nad razgradno diodo, toda pri Zenerjevih diodah napetost okvare ni tako visoka in ne povzroči trajne poškodbe zenerjeve diode, če napetost deluje.
Ko se obratna napetost, ki deluje na Zenerjevo diodo, povečuje proti določeni napetosti razbijanja (Vz), skozi diodo začne teči tok in ta tok je znan kot Zenerjev tok, ta postopek pa je znan kot plazovna razčlenitev . Tok se poveča na največ in se stabilizira. Ta tok ostaja konstanten v širšem območju uporabljene napetosti in omogoča, da Zenerjeva dioda zdrži z višjo napetostjo, ne da bi se poškodovala. Ta tok določa serijski upor.
Oglejte si spodnje slike običajne diode v akciji.
Če želite prikazati delovanje zenerjeve diode, si oglejte spodnja dva poskusa (A in B).
V poskusu A je 12-kratna cenerjeva dioda priključena obrnjeno pristransko, kot je prikazano na sliki, in razvidno je, da je zener-dioda učinkovito blokirala napetost, ker je bila manjša / enaka napetosti razgradnje določene cenerjeve diode in žarnice ostal stran.
V poskusu B uporabljena zener dioda 6v vodi (žarnica se prižge) vzvratno pristransko, ker je uporabljena napetost večja od napetosti razgradnje in tako kaže, da je območje razpada območje delovanja zener diode.
Tok-napetost karakteristika Zener diode je prikazan spodaj.
Iz grafa lahko razberemo, da bo imela cenerjeva dioda, ki deluje v načinu povratne pristranskosti, dokaj konstantno napetost, ne glede na količino dovedenega toka.
Uporaba Zener diode:
Zener diode se uporabljajo v treh glavnih aplikacijah v elektronskih vezjih;
1. Regulacija napetosti
2. Obrezovalnik valovnih oblik
3. Preklopnik napetosti
1. Zenerjeva dioda kot regulator napetosti
To je verjetno najpogostejša uporaba zener diod.
Ta uporaba cenerjevih diod se močno opira na sposobnost zenerjevih diod, da vzdržujejo konstantno napetost, ne glede na razlike v napajalnem ali obremenitvenem toku. Splošna funkcija naprave za regulacijo napetosti je zagotavljanje konstantne izhodne napetosti obremenitve, ki je vzporedno z njo povezana, ne glede na spremembe v energiji, ki jo porabi tovor (obremenitveni tok), ali spremembe in nestabilnost napajalne napetosti.
Zenerjeva dioda bo zagotavljala konstantno napetost pod pogojem, da ostane tok v območju največjega in najmanjšega povratnega toka.
Shema vezja, ki prikazuje Zenerjevo diodo, ki se uporablja kot regulator napetosti, je prikazana spodaj.
Upor R1 je zaporedno povezan s cenerjevo diodo, da se omeji količina toka, ki teče skozi diodo, in vhodna napetost Vin (ki mora biti večja od zenerjeve napetosti) je priključena, kot je prikazano na sliki, in izhodna napetost Vout, se preko cenerjeve diode vzame z Vout = Vz (Zenerjeva napetost). Ker so značilnosti povratne pristranskosti Zenerjeve diode potrebne za uravnavanje napetosti, je ta povezana v načinu obrnjenega pristranskosti, pri čemer je katoda priključena na pozitivno tirnico vezja.
Pri izbiri vrednosti upora R1 je treba biti previden, saj bo upor majhne vrednosti povzročil velik tok diode, ko bo priključena obremenitev, kar bo povečalo potrebo po odvajanju moči diode, ki bi lahko postala višja od največje moči moči zener in jo lahko poškoduje.
Vrednost upora, ki ga je treba uporabiti, lahko določimo s spodnjo formulo.
R 1 = (V in - V Z) / I Z Kje; R1 je vrednost zaporednega upora. Vin je vhodna napetost. Vz, ki je enak Vout, je Zenerjeva napetost, Iz pa Zenerjev tok.
Z uporabo te formule postane enostavno zagotoviti, da vrednost izbranega upora ne vodi do toka, ki je višji od tistega, ki ga lahko prestavi cener.
Majhna težava pri regulatorjih na osnovi zener diode je ta, da Zener včasih ustvari električni hrup na napajalni tirnici, medtem ko poskuša regulirati vhodno napetost. Čeprav to za večino aplikacij morda ne bo problem, ga lahko rešimo z dodajanjem kondenzatorja za ločevanje velike vrednosti na diodo. To pomaga stabilizirati izhod zenerja.
2. Zenerjeva dioda kot rezalnik valov
Ena od načinov uporabe običajnih diod je uporaba vezij za vpenjanje in vpenjanje, ki so vezja, ki se uporabljajo za oblikovanje ali spreminjanje vhodne valovne oblike ali signala izmeničnega toka, pri čemer proizvajajo različno oblikovan izhodni signal, odvisno od specifikacij strižnika ali vpenjala.
Vezja za striženje so vezja, ki se uporabljajo za preprečevanje, da bi izhodni signal vezja presegel vnaprej določeno vrednost napetosti, ne da bi spremenil kateri koli del vhodnega signala ali valovno obliko.
Ta vezja se skupaj s sponkami pogosto uporabljajo v analognih televizijskih in FM radijskih oddajnikih za odstranjevanje motenj (vpenjalna vezja) in omejevanje vrhov hrupa z odrezovanjem visokih vrhov.
Ker se Zenerjeve diode običajno obnašajo kot običajne diode, kadar uporabljena napetost ni enaka napetosti razgradnje, se tako uporabljajo tudi v vezjih za odrezovanje.
Odsečna vezja so lahko zasnovana tako, da signal posnamejo bodisi v pozitivni, negativni bodisi v obeh regijah. Čeprav se dioda naravno odcepi z druge regije pri 0,7 V, ne glede na to, ali je bila zasnovana kot pozitivna ali negativna ščipalka.
Na primer, razmislite o spodnjem vezju.
Vezje strižnika je zasnovano tako, da izhodni signal posname pri 6,2 v, zato je bila uporabljena zener dioda 6,2 v. Zenerjeva dioda preprečuje, da bi izhodni signal presegel cenerjevo napetost ne glede na vhodno valovno obliko. Za ta posebni primer je bila uporabljena 20v vhodna napetost in izhodna napetost na pozitivnem nihanju je bila 6,2v skladno z napetostjo Zener diode. Med negativnim nihanjem izmenične napetosti pa se cener dioda obnaša tako kot običajna dioda in izhodno napetost zaskoči na 0,7 V, skladno z običajnimi silikonskimi diodami.
Za izvedbo odsečnega vezja za negativni nihaj izmeničnega tokokroga in pozitivnega nihanja tako, da je napetost na pozitivnih in negativnih nihajih zataknjena na različnih ravneh, se uporablja dvojno cenerjev odsek. Shema vezja za vezje z dvojnim cenerjem je prikazana spodaj.
V zgornjem vezju za rezanje napetost Vz2 predstavlja napetost na negativnem nihanju vira izmeničnega toka, pri katerem je izhodni signal zaželen, medtem ko napetost Vz1 predstavlja napetost na pozitivnem nihanju vira izmeničnega toka, pri katerem je izhodna napetost je zasečena.
3. Zenerjeva dioda kot preklopnik napetosti
Preklopnik napetosti je ena najpreprostejših, a zanimivih aplikacij cenerjeve diode. Če ste imeli izkušnje zlasti s priključitvijo 3.3v senzorja na 5V MCU in ste iz prve roke opazili napake pri odčitkih itd., Ki lahko privedejo do njih, boste cenili pomen napetostnih preklopnikov. Napetostni preklopniki pomagajo pretvarjati signal iz ene napetosti v drugo in z zmožnostjo cenerjeve diode, da vzdržuje stabilno izhodno napetost v območju okvare, so idealni sestavni del za delovanje.
V pretvorniku napetosti na osnovi zener-diode vezje zniža izhodno napetost za vrednost, ki je enaka napetosti razgradnje določene zener-diode, ki se uporablja. Shema vezja za preklopnik napetosti je prikazana spodaj.
Razmislite o spodnjem poskusu,
Vezje opisuje preklopnik napetosti na osnovi zener diode 3.3v. Izhodna napetost (3,72 V) vezja je podana tako, da se od vhodne napetosti (7 V) odšteje napetost okvare (3,3 V) cenerjeve diode.
Vout = Vin –Vz
Vout = 7 - 3,3 = 3,7 v
Kot je opisano prej, ima preklopnik napetosti več aplikacij v sodobnem načrtovanju elektronskih vezij, saj bo inženir načrtovanja med postopkom načrtovanja moral delovati do tri različne ravni napetosti.
Vrste Zener diod:
Zenerjeve diode so razvrščene v vrste na podlagi več parametrov, ki vključujejo;
- Nazivna napetost
- Odvajanje moči
- Prednji pogonski tok
- Napetost naprej
- Vrsta embalaže
- Največji povratni tok
Nazivna napetost
Nazivna obratovalna napetost cenerjeve diode je znana tudi kot napetost razgradnje cenerjeve diode, kar je pogosto najpomembnejše merilo za izbiro Zener diode, odvisno od aplikacije, za katero naj bi se dioda uporabljala.
Odvajanje moči
To predstavlja največjo količino moči, ki jo lahko zenerjev tok odvede. Prekoračitev te nazivne moči vodi do čezmernega povečanja temperature cenerjeve diode, ki bi jo lahko poškodovala in povzročila okvaro stvari, ki so z njo povezane v tokokrogu. Zato je treba ta faktor upoštevati pri izbiri diode z mislijo nanjo.
Največji tok Zenerja
To je največji tok, ki ga je mogoče prenesti skozi cenerjevo diodo pri cenerjevi napetosti, ne da bi pri tem poškodovali napravo.
Najmanjši Zenerjev tok
To se nanaša na minimalni tok, ki je potreben, da zener dioda začne delovati v območju razgradnje.
Vse druge parametre, ki služijo kot specifikacija za diodo, je treba v celoti upoštevati, preden se sprejme odločitev o vrsti vrste zener diode, ki je potrebna za to posebno obliko.
Zaključek:
Tu je 5 točk, ki jih nikoli ne smete pozabiti na cenerjevo diodo.
- Zenerjeva dioda je podobna navadni diodi, le da je dopirana tako, da ima močno napetost okvare.
- Zenerjeva dioda vzdržuje stabilno izhodno napetost ne glede na vhodno napetost, pod pogojem, da največji cenerjev tok ni presežen.
- Ko je zenerjeva dioda priključena v prednaklonu, se obnaša točno tako kot običajna silikonska dioda. Prevaja se z enakim padcem napetosti 0,7 v, ki spremlja uporabo običajne diode.
- Privzeto obratovalno stanje Zener diode je v območju razčlenitve (obrnjeno pristransko). To pomeni, da dejansko začne delovati, ko je uporabljena napetost višja od Zenerjeve napetosti pri vzvratni pristranskosti.
- Zenerjeva dioda se večinoma uporablja v aplikacijah, ki vključujejo regulacijo napetosti, obrezovanje vezij in preklopnike napetosti.