Polovodičová dioda má mnoho „profesí“. Může usměrňovat napětí, rozvazovat elektrické obvody, chránit zařízení před nesprávným napájením. Dochází ale k ne zcela obvyklému druhu "práce" diody, kdy se její vlastnosti jednosměrného vedení využívá velmi nepřímo. Polovodičové zařízení, pro které je normálním režimem zpětné předpětí, se nazývá zenerova dioda.
Obsah
Co je to zenerova dioda, kde se používá a jaké jsou
Zenerova dioda neboli Zenerova dioda (pojmenovaná po americkém vědci, který jako první studoval a popsal vlastnosti tohoto polovodičového zařízení), je konvenční dioda s p-n přechodem.Jeho rysem je práce v úseku charakteristiky se záporným předpětím, to znamená, když je napětí přiváděno s obrácenou polaritou. Taková dioda se používá jako nezávislý stabilizátor, který udržuje konstantní napětí spotřebitele bez ohledu na změny zatěžovacího proudu a kolísání vstupního napětí. Také uzly na zenerových diodách se používají jako zdroje referenčního napětí pro další stabilizátory s vyvinutým obvodem. Méně často se reverzní dioda používá jako prvek pro tvarování pulzu nebo přepěťová ochrana.
Existují konvenční zenerovy diody a dvouanodové diody. Dvouanodová zenerova dioda jsou dvě diody spojené zády k sobě v jednom pouzdře. Může být nahrazen dvěma samostatnými zařízeními, včetně nich podle příslušného schématu.
Voltampérová charakteristika zenerovy diody a její princip činnosti
Pro pochopení principu činnosti zenerovy diody je nutné studovat její typickou charakteristiku proudového napětí (CVC).
Pokud je na zenerovku přivedeno napětí v propustném směru, jako na konvenční diodu, pak se bude chovat jako konvenční dioda. Při napětí asi 0,6 V (u křemíkového zařízení) se otevře a vstoupí do lineárního úseku I–V charakteristiky. K tématu článku je zajímavější chování zenerovy diody při přivedení napětí obrácené polarity (záporná větev charakteristiky). Za prvé, jeho odpor se prudce zvýší a zařízení přestane procházet proud. Ale když je dosaženo určité hodnoty napětí, dojde k prudkému nárůstu proudu, který se nazývá průraz. Má lavinový charakter a po odstranění síly zmizí.Pokud budete pokračovat ve zvyšování zpětného napětí, pak se přechod p-n začne zahřívat a vstoupí do režimu tepelného průrazu. Tepelný průraz je nevratný a znamená poruchu zenerovy diody, takže diodu do tohoto režimu neuvádějte.
Zajímavá oblast provozu polovodičového zařízení v režimu lavinového rozpadu. Jeho tvar se blíží lineárnímu a má vysokou strmost. To znamená, že při velké změně proudu (ΔI) je změna úbytku napětí na zenerově diodě relativně malá (ΔU). A to je stabilizace.
Toto chování při použití zpětného napětí je typické pro jakoukoli diodu. Ale zvláštností zenerovy diody je, že její parametry v této sekci CVC jsou normalizovány. Jeho stabilizační napětí a strmost jsou dány (s určitým rozptylem) a jsou důležitými parametry, které určují vhodnost zařízení v obvodu. Najdete je v referenčních knihách. Jako zenerovy diody lze použít i obyčejné diody - pokud odstraníte jejich CVC a mezi nimi je vhodná charakteristika. Jde ale o dlouhý, pracný proces s nezaručeným výsledkem.
Hlavní charakteristiky zenerovy diody
Chcete-li vybrat Zenerovu diodu pro stávající účely, musíte znát několik důležitých parametrů. Tyto charakteristiky určí vhodnost zvoleného zařízení pro řešení úloh.
Jmenovité stabilizační napětí
Prvním parametrem zenerky, kterému je třeba věnovat pozornost při výběru, je stabilizační napětí, které je určeno bodem startu lavinového průrazu. Začíná výběrem zařízení pro použití v obvodu.U různých příkladů běžných zenerových diod, byť stejného typu, má napětí rozptyl v oblasti několika procent, u přesných je rozdíl nižší. Pokud jmenovité napětí není známo, lze jej určit sestavením jednoduchého obvodu. Měli byste si připravit:
- předřadný odpor 1 ... 3 kOhm;
- nastavitelný zdroj napětí;
- voltmetr (můžete použít tester).
Je nutné zvýšit napětí napájecího zdroje z nuly a řídit růst napětí na zenerově diodě pomocí voltmetru. V určitém okamžiku se zastaví i přes další zvýšení vstupního napětí. Toto je skutečné stabilizační napětí. Pokud není regulovaný zdroj, lze použít zdroj s konstantním výstupním napětím zjevně vyšším než Ustabilizace. Schéma a princip měření zůstávají stejné. Existuje však riziko selhání polovodičového zařízení v důsledku nadměrného provozního proudu.
Zenerovy diody se používají pro práci s napětím od 2 ... 3 V do 200 V. Pro vytvoření stabilního napětí pod tímto rozsahem se používají další zařízení - stabistory pracující v přímé sekci CVC.
Rozsah provozního proudu
Proud, při kterém zenerovy diody plní svou funkci, je shora i zdola omezen. Zespodu je omezena začátkem lineárního úseku zpětné větve CVC. Při nižších proudech charakteristika neposkytuje režim konstantního napětí.
Horní hodnota je omezena maximálním ztrátovým výkonem, kterého je schopno polovodičové zařízení, a závisí na jeho konstrukci. Zenerovy diody v kovovém pouzdře jsou určeny pro větší proud, ale nezapomeňte na použití chladičů.Bez nich bude maximální povolený rozptylový výkon výrazně menší.
Diferenční odpor
Dalším parametrem, který určuje činnost zenerovy diody, je rozdílový odpor Rst. Je definován jako poměr změny napětí ΔU ke změně proudu ΔI, která ji způsobila. Tato hodnota má rozměr odporu a měří se v ohmech. Graficky se jedná o tečnu sklonu pracovního úseku charakteristiky. Je zřejmé, že čím nižší odpor, tím lepší kvalita stabilizace. Pro ideální (v praxi neexistující) zenerovu diodu je Rst roven nule - žádné zvýšení proudu nezpůsobí žádnou změnu napětí a I–V charakteristika bude rovnoběžná s osou y.
Značení Zenerovy diody
Tuzemské a importované zenerovy diody v kovovém pouzdře jsou označeny jednoduše a přehledně. Jsou označeny názvem zařízení a umístěním anody a katody ve formě schematického označení.
Přístroje v plastovém pouzdře jsou označeny kroužky a tečkami různých barev na katodové a anodové straně. Podle barvy a kombinace znaků můžete určit typ zařízení, ale k tomu se musíte podívat do referenčních knih nebo použít programy kalkulačky. Obojí lze najít na internetu.
Někdy se na nízkovýkonové zenerovy diody aplikuje stabilizační napětí.
Spínací obvody Zenerovy diody
Hlavní obvod pro zapnutí zenerovy diody je v sérii s odpor, který nastavuje proud přes polovodičovou součástku a přebírá přepětí. Tyto dva prvky tvoří společný dělitel. Při změně vstupního napětí zůstává úbytek na zenerově diodě konstantní, zatímco úbytek na rezistoru se mění.
Takový obvod lze použít nezávisle a nazývá se parametrický stabilizátor. Udržuje napětí při zátěži konstantní i přes kolísání vstupního napětí nebo odebíraného proudu (v určitých mezích). Podobný blok se také používá jako pomocný obvod, kde je potřeba zdroj referenčního napětí.
Takové zařazení se také používá jako ochrana citlivých zařízení (snímače apod.) před abnormálním výskytem vysokého napětí v napájecím nebo měřicím vedení (konstantní nebo náhodné impulsy). Cokoli nad stabilizačním napětím polovodičové součástky je „odříznuto“. Takové schéma se nazývá "Zenerova bariéra".
Dříve byla vlastnost zenerovy diody „odříznout“ napěťové špičky široce používána v obvodech tvarování impulsů. V obvodech střídavého proudu byla použita dvouanodová zařízení.
Ale s rozvojem tranzistorové technologie a nástupem integrovaných obvodů se tento princip používal jen zřídka.
Pokud není po ruce žádná zenerova dioda pro požadované napětí, může se skládat ze dvou. Celkové stabilizační napětí se bude rovnat součtu obou napětí.
Důležité! Nepřipojujte paralelně zenerovy diody pro zvýšení provozního proudu! Rozložení charakteristik proud-napětí povede k výstupu jedné zenerovy diody do zóny tepelného průrazu, poté druhá selže v důsledku přebytku zatěžovacího proudu.
I když v technické dokumentaci dob SSSR je to povoleno paralelní zařazení zenerů paralelně, ale s podmínkou, že zařízení musí být stejného typu a celkový skutečný ztrátový výkon během provozu by neměl překročit přípustný pro jednu zenerovu diodu. To znamená, že za těchto podmínek nelze dosáhnout zvýšení provozního proudu.
Pro zvýšení přípustného zatěžovacího proudu se používá další schéma. Parametrický stabilizátor je doplněn tranzistorem a emitorový sledovač je získán se zátěží v emitorovém obvodu a stabilním napětí báze tranzistoru.
V tomto případě bude výstupní napětí stabilizátoru menší než Ustabilizace o velikost poklesu napětí na přechodu emitoru - pro křemíkový tranzistor asi 0,6 V. Pro kompenzaci tohoto poklesu můžete zapnout diodu v sérii s zenerova dioda v propustném směru.
Tímto způsobem (rozsvícením jedné nebo více diod) můžete v malém rozsahu upravit výstupní napětí stabilizátoru směrem nahoru. Pokud potřebujete radikálně zvýšit Uout, je lepší zapnout ještě jednu zenerovu diodu v sérii.
Rozsah zenerovy diody v elektronických obvodech je rozsáhlý. S vědomým přístupem k výběru pomůže toto polovodičové zařízení vyřešit mnoho problémů přidělených vývojáři.
Podobné články:
