Diodele Zener sunt diode de joncțiune PN normale care funcționează într-o stare inversată. Funcționarea diodei Zener este similară cu o diodă de joncțiune PN în stare de redirecționare, dar unicitatea constă în faptul că se poate comporta și atunci când este conectată în polarizare inversă peste pragul / tensiunea de avarie. Acestea sunt printre tipuri de bază de diode utilizate frecvent, în afară de diodele normale.
Funcționarea diodei Zener
Diodă semiconductoare în stare de polarizare inversă
Dacă vă amintiți, o diodă de joncțiune PN simplă este formată dintr-o combinație de material semiconductor de tip p cu un material semiconductor de tip n. Când o parte a unui cristal semiconductor este dopată cu impurități donatoare și cealaltă parte cu impurități acceptoare, se formează o joncțiune PN.
Diodă semiconductoare imparțială
În condiții normale, găurile din partea p tind să difuzeze la o regiune de concentrație scăzută și același lucru se întâmplă și pentru electronii din partea n.
Astfel găurile se difuzează spre partea n, iar electronii se difuzează spre partea p. Acest lucru are ca rezultat acumularea de sarcini în jurul joncțiunii, formând o regiune de epuizare.
Diodă semiconductoare imparțială
O polaritate electrică sau dipol electric se formează pe joncțiune, provocând fluxul de flux din partea n partea superioară. Acest lucru are ca rezultat intensitatea variabilă a câmpului electric negativ, generând un potențial electric peste joncțiune. Acest potențial electric este de fapt tensiunea pragului diodei și este în jur de 0,6 V pentru siliciu și 0,2 V pentru germaniu. Aceasta acționează ca o barieră potențială pentru fluxul purtătorilor de încărcare majoritari, iar dispozitivul nu conduce.
Acum, când o diodă normală este polarizată astfel încât o tensiune negativă este aplicată pe partea n și o tensiune pozitivă pe partea p, se spune că dioda este în condiții de polarizare directă. Această tensiune aplicată tinde să scadă bariera potențială după ce depășește pragul de tensiune.
În acest moment și după aceea, purtătorii majoritari traversează bariera potențială și dispozitivul începe să conducă cu fluxul de curent prin ea.
Atunci când dioda este polarizată în stare inversă la cea de mai sus, tensiunea aplicată este de așa natură încât se adaugă barierei potențiale și împiedică fluxul purtătorilor majoritari. Cu toate acestea, permite fluxul de purtători minoritari (găuri în tipul n și electroni în tipul p). Pe măsură ce această tensiune de polarizare inversă crește, curentul invers tinde să crească treptat.
La un moment dat, această tensiune este de așa natură încât provoacă defalcarea regiunii de epuizare, provocând o creștere masivă a fluxului de curent. Aici intră în joc funcționarea diodei Zener.
Principiul din spatele funcționării diodei Zener
După cum sa menționat mai sus, principiul de bază din spatele funcționării unei diode Zener constă în cauza defectării unei diode în stare de polarizare inversă. În mod normal, există două tipuri de defecțiuni: Zener și Avalanche.
Principiul din spatele funcționării diodei zener
Zener Breakdown
Acest tip de defecțiune apare pentru o tensiune inversă de polarizare între 2 și 8V. Chiar și la această tensiune scăzută, intensitatea câmpului electric este suficient de puternică pentru a exercita o forță asupra electronilor de valență ai atomului astfel încât să fie separați de nuclee. Acest lucru are ca rezultat formarea de perechi de electroni-găuri mobile, crescând fluxul de curent pe dispozitiv. Valoarea aproximativă a acestui câmp este de aproximativ 2 * 10 ^ 7 V / m.
Acest tip de defecțiune apare în mod normal pentru o diodă puternic dopată cu tensiune de defecțiune scăzută și un câmp electric mai mare. Pe măsură ce temperatura crește, electronii de valență câștigă mai multă energie pentru a perturba legătura covalentă și este necesară o cantitate mai mică de tensiune externă. Astfel, tensiunea de rupere Zener scade odată cu temperatura.
Defalcare avalanșă
Acest tip de defecțiune are loc la tensiunea inversă de polarizare peste 8V și mai mare. Apare pentru diode ușor dopate, cu o tensiune de avarie mare. Pe măsură ce purtătorii de sarcini minoritari (electroni) circulă prin dispozitiv, aceștia tind să se ciocnească cu electronii din legătura covalentă și să provoace întreruperea legăturii covalente. Odată cu creșterea tensiunii, crește și energia cinetică (viteza) electronilor și legăturile covalente sunt mai ușor perturbate, provocând o creștere a perechilor electron-gaură. Tensiunea de avalanșă crește odată cu temperatura.
3 aplicații cu diode Zener
1. Dioda Zener ca tensiune
Într-un circuit de curent continuu, dioda Zener poate fi utilizată ca regulator de tensiune sau pentru a furniza referință de tensiune. Principala utilizare a diodei Zener constă în faptul că tensiunea pe o diodă Zener rămâne constantă pentru o schimbare mai mare a curentului. Acest lucru face posibilă utilizarea unei diode Zener ca dispozitiv de tensiune constantă sau ca regulator de tensiune.
În orice circuit de alimentare , un regulator este utilizat pentru a furniza o tensiune constantă de ieșire (sarcină), indiferent de variația tensiunii de intrare sau variația curentului de sarcină. Variația tensiunii de intrare se numește reglarea liniei, în timp ce variația curentului de sarcină se numește reglarea sarcinii.
Zener Diode ca regulator de tensiune
Un circuit simplu care implică dioda Zener ca regulator necesită un rezistor de valoare mică conectat în serie cu sursa de tensiune de intrare. Este necesară valoarea scăzută astfel încât să permită fluxul maxim de curent prin diodă, conectat în paralel. Cu toate acestea, singura constrângere fiind, curentul prin dioda Zener nu trebuie să fie mai mic decât curentul minim de diodă Zener. Pur și simplu, pentru o tensiune minimă de intrare și un curent maxim de sarcină, curentul diodei Zener ar trebui să fie întotdeauna I.zmin.
La proiectarea unui regulator de tensiune folosind o diodă Zener, acesta din urmă este ales în funcție de puterea sa maximă. Cu alte cuvinte, curentul maxim prin dispozitiv ar trebui să fie: -
Eumax= Puterea / Tensiunea Zener
Deoarece tensiunea de intrare și tensiunea de ieșire necesară sunt cunoscute, este mai ușor să alegeți o diodă Zener cu o tensiune aproximativ egală cu tensiunea de sarcină, adică Vz ~ = Vsau.
Valoarea rezistorului de serie este aleasă
R = (Vîn- Vcu) / (Izmin+ EuL), unde euL= Tensiune de încărcare / rezistență la încărcare.
Rețineți că pentru tensiuni de încărcare de până la 8V, poate fi utilizată o singură diodă Zener. Cu toate acestea, pentru tensiuni de încărcare peste 8V, care necesită tensiuni Zener cu o tensiune mai mare, este recomandabil să utilizați o diodă polarizată în serie în serie cu dioda Zener. Acest lucru se datorează faptului că dioda Zener la o tensiune mai mare urmează principiul defalcare avalanșă, având o temperatură pozitivă a coeficientului.
Prin urmare, se utilizează o diodă de coeficient de temperatură negativă pentru compensare. Desigur, în aceste zile, se utilizează diode Zener cu compensare practică a temperaturii.
2. Dioda Zener ca referință de tensiune
Dioda Zener ca referință de tensiune
În sursele de alimentare și în multe alte circuite, dioda Zener își găsește aplicația ca furnizor de tensiune constantă sau ca referință de tensiune. Singurele condiții sunt ca tensiunea de intrare să fie mai mare decât tensiunea Zener și rezistența de serie ar trebui să aibă o valoare minimă astfel încât curentul maxim să curgă prin dispozitiv.
3. Dioda Zener ca clemă de tensiune
Într-un circuit care implică sursa de intrare AC, diferit de normal Circuit de strângere a diodei PN , poate fi utilizată și o diodă Zener. Dioda poate fi utilizată pentru a limita vârful tensiunii de ieșire la tensiunea Zener pe o parte și la aproximativ 0V pe o altă parte a formei de undă sinusoidală.
dioda zener ca clamper de tensiune
În circuitul de mai sus, în timpul semiciclului pozitiv, odată ce tensiunea de intrare este astfel încât dioda zener este polarizată invers, tensiunea de ieșire este constantă pentru o anumită perioadă de timp până când tensiunea începe să scadă.
Acum, în timpul semiciclului negativ, dioda Zener se află în redirecționarea conexiunii părtinitoare. Pe măsură ce tensiunea negativă crește la tensiunea de prag de redirecționare, dioda începe să conducă și partea negativă a tensiunii de ieșire este limitată la tensiunea de prag.
Rețineți că pentru a obține o tensiune de ieșire numai în domeniul pozitiv, utilizați două diode Zener opuse în serie.
Aplicații de lucru ale diodei Zener
Odată cu popularitatea crescândă a smartphone-urilor, proiecte bazate pe Android sunt preferate în aceste zile. Aceste proiecte implică utilizarea Bluetooth dispozitive bazate pe tehnologie. Aceste dispozitive Bluetooth necesită o tensiune de aproximativ 3V pentru funcționare. În astfel de cazuri, o diodă Zener este utilizată pentru a furniza o referință de 3V la dispozitivul Bluetooth.
Aplicație de lucru a diodei Zener care implică un dispozitiv Bluetooth
O altă aplicație implică utilizarea diodei Zener ca regulator de tensiune. Aici tensiunea de curent alternativ este rectificată de dioda D1 și filtrată de condensator. Această tensiune DC filtrată este reglată de diodă pentru a furniza o tensiune de referință constantă de 15V. Această tensiune DC reglată este utilizată pentru acționarea circuitului de comandă, utilizată pentru a controla comutarea luminii, ca într-un sistem automat de control al iluminatului.
Aplicație de reglare a tensiunii diodei Zener
Sperăm că am putut oferi informații precise, dar esențiale, despre funcționarea diodei Zener și aplicațiile sale. Iată o întrebare simplă pentru cititori - De ce IC-urile regulatorului sunt preferate în general în locul diodei Zener în alimentarea cu curent continuu reglementat?
Oferiți răspunsurile dvs. și, desigur, feedback-ul dvs. în secțiunea de comentarii de mai jos.
Credite foto
- Dioda Zener funcționează de învățare despre electronică
- Diodă semiconductoare imparțială de wikimedia
- Principiul din spatele diodei zener care funcționează de ce-când-cum
