Een halfgeleiderdiode heeft veel "beroepen". Het kan spanning corrigeren, elektrische circuits losmaken, apparatuur beschermen tegen onjuiste voeding. Maar er is een niet helemaal gebruikelijk soort "werk" van de diode, wanneer de eigenschap van eenrichtingsgeleiding zeer indirect wordt gebruikt. Een halfgeleiderapparaat waarvoor de normale modus omgekeerde voorspanning is, wordt een zenerdiode genoemd.
Inhoud
Wat is een zenerdiode, waar wordt deze gebruikt en wat zijn?
Een zenerdiode, of een zenerdiode (genoemd naar een Amerikaanse wetenschapper die als eerste de eigenschappen van dit halfgeleiderapparaat heeft bestudeerd en beschreven), is een conventionele diode met een pn-overgang.Het kenmerk ervan is werk in het gedeelte van de karakteristiek met een negatieve voorspanning, dat wil zeggen wanneer de spanning in omgekeerde polariteit wordt toegepast. Een dergelijke diode wordt gebruikt als een onafhankelijke stabilisator die de consumentenspanning constant houdt, ongeacht veranderingen in de belastingsstroom en schommelingen in de ingangsspanning. Ook worden knooppunten op zenerdiodes gebruikt als bronnen van referentiespanning voor andere stabilisatoren met een ontwikkeld circuit. Minder vaak wordt een omgekeerde diode gebruikt als een pulsvormend element of overspanningsbeveiliging.
Er zijn conventionele zenerdiodes en twee-anodes. Een zenerdiode met twee anodes is twee dioden die rug aan rug in één behuizing zijn aangesloten. Het kan worden vervangen door twee afzonderlijke apparaten, inclusief deze volgens het juiste schema.
Volt-ampère-karakteristiek van de zenerdiode en zijn werkingsprincipe
Om het werkingsprincipe van een zenerdiode te begrijpen, is het noodzakelijk om de typische stroom-spanningskarakteristiek (CVC) ervan te bestuderen.
Als een spanning wordt aangelegd aan de zener in de voorwaartse richting, zoals bij een conventionele diode, dan zal deze zich gedragen als een conventionele diode. Bij een spanning van ongeveer 0,6 V (voor een siliciumapparaat), zal het openen en het lineaire gedeelte van de I-V-karakteristiek binnengaan. Over het onderwerp van het artikel: het gedrag van een zenerdiode is interessanter wanneer een spanning met omgekeerde polariteit wordt toegepast (negatieve tak van de karakteristiek). Ten eerste zal de weerstand ervan sterk toenemen en zal het apparaat stoppen met het doorgeven van stroom. Maar wanneer een bepaalde spanningswaarde wordt bereikt, zal er een sterke toename van de stroom optreden, de zogenaamde doorslag. Het heeft een lawinekarakter en verdwijnt nadat de stroom is verwijderd.Als u doorgaat met het verhogen van de sperspanning, begint de p-n-overgang op te warmen en komt in de thermische doorslagmodus. Thermische doorslag is onomkeerbaar en betekent het falen van de zenerdiode, dus u moet de diode niet in deze modus zetten.
Een interessant werkgebied van een halfgeleiderapparaat in de lawine-doorslagmodus. De vorm is bijna lineair en heeft een hoge steilheid. Dit betekent dat bij een grote verandering in stroom (ΔI), de verandering in spanningsval over de zenerdiode relatief klein is (ΔU). En dit is stabilisatie.
Dit gedrag bij het toepassen van een sperspanning is typerend voor elke diode. Maar de eigenaardigheid van de zenerdiode is dat de parameters in dit gedeelte van de CVC zijn genormaliseerd. De stabilisatiespanning en helling worden gegeven (met een bepaalde spreiding) en zijn belangrijke parameters die de geschiktheid van het apparaat in het circuit bepalen. Je vindt ze in naslagwerken. Gewone diodes kunnen ook als zenerdiodes worden gebruikt - als u hun CVC verwijdert en er een geschikte eigenschap is. Maar dit is een lang, moeizaam proces met een niet-gegarandeerd resultaat.
De belangrijkste kenmerken van de zenerdiode:
Om een Zener-diode voor bestaande doeleinden te kiezen, moet u een aantal belangrijke parameters kennen. Deze kenmerken bepalen de geschiktheid van het geselecteerde apparaat voor het oplossen van de taken.
Nominale stabilisatiespanning:
De eerste parameter van de zener, waar u op moet letten bij het kiezen, is de stabilisatiespanning, die wordt bepaald door het startpunt van de lawine-afbraak. Het begint met de selectie van een apparaat voor gebruik in het circuit.Voor verschillende gevallen van gewone zenerdiodes, zelfs van hetzelfde type, heeft de spanning een spreiding in het gebied van enkele procenten, voor precisiediodes is het verschil kleiner. Als de nominale spanning niet bekend is, kan deze worden bepaald door een eenvoudige schakeling samen te stellen. Je moet voorbereiden:
- ballastweerstand 1 ... 3 kOhm;
- instelbare spanningsbron;
- voltmeter (u kunt een tester gebruiken).
Het is noodzakelijk om de spanning van de stroombron vanaf nul te verhogen, waarbij de spanningsgroei bij de zenerdiode wordt geregeld met behulp van een voltmeter. Op een gegeven moment stopt het, ondanks een verdere verhoging van de ingangsspanning. Dit is de werkelijke stabilisatiespanning. Als er geen gereguleerde bron is, kunt u een voeding gebruiken met een constante uitgangsspanning die duidelijk hoger is dan Ustabilisatie. Het schema en het meetprincipe blijven hetzelfde. Maar er is een risico op uitval van het halfgeleiderapparaat vanwege de overmaat aan bedrijfsstroom.
Zenerdiodes worden gebruikt om te werken met spanningen van 2 ... 3 V tot 200 V. Om een stabiele spanning onder dit bereik te vormen, worden andere apparaten gebruikt - stabistoren die in het directe gedeelte van de CVC werken.
Bedrijfsstroombereik:
De stroom waarmee de zenerdiodes hun functie uitoefenen is van boven en onder begrensd. Van onderaf wordt het beperkt door het begin van het lineaire gedeelte van de omgekeerde tak van de CVC. Bij lagere stromen biedt de karakteristiek geen constante spanningsmodus.
De bovenste waarde wordt beperkt door de maximale vermogensdissipatie waartoe een halfgeleiderapparaat in staat is en is afhankelijk van het ontwerp. Zenerdiodes in een metalen behuizing zijn ontworpen voor meer stroom, maar vergeet het gebruik van koellichamen niet.Zonder hen zal het maximaal toegestane dissipatievermogen aanzienlijk minder zijn.
Differentiële weerstand:
Een andere parameter die de werking van de zenerdiode bepaalt, is de differentiële weerstand Rst. Het wordt gedefinieerd als de verhouding van de spanningsverandering ΔU tot de huidige verandering ΔI die deze heeft veroorzaakt. Deze waarde heeft de dimensie weerstand en wordt gemeten in ohm. Grafisch is dit de tangens van de helling van het werkgedeelte van het kenmerk. Het is duidelijk dat hoe lager de weerstand, hoe beter de stabilisatiekwaliteit. Voor een ideale (in de praktijk niet bestaande) zenerdiode is Rst gelijk aan nul - elke toename van de stroom zal geen verandering in de spanning veroorzaken, en de I-V-karakteristieke sectie zal evenwijdig aan de y-as zijn.
Zenerdiode-markering
Binnenlandse en geïmporteerde zenerdiodes in een metalen behuizing zijn eenvoudig en duidelijk gemarkeerd. Ze zijn gemarkeerd met de naam van het apparaat en de locatie van de anode en kathode in de vorm van een schematische aanduiding.
Apparaten in een plastic behuizing zijn gemarkeerd met ringen en stippen van verschillende kleuren op de kathode- en anodezijden. Aan de kleur en combinatie van tekens kun je het type apparaat bepalen, maar hiervoor moet je in naslagwerken kijken of rekenprogramma's gebruiken. Beide zijn te vinden op internet.
Soms wordt een stabilisatiespanning toegepast op zenerdiodes met een laag vermogen.
Zenerdiode schakelcircuits
Het hoofdcircuit voor het inschakelen van een zenerdiode staat in serie met weerstand, die de stroom door het halfgeleiderapparaat instelt en de overtollige spanning op zich neemt. De twee elementen maken gemeenschappelijke deler. Wanneer de ingangsspanning verandert, blijft de daling over de zenerdiode constant, terwijl de daling over de weerstand verandert.
Een dergelijke schakeling kan onafhankelijk worden gebruikt en wordt een parametrische stabilisator genoemd. Het houdt de spanning op de belasting constant, ondanks schommelingen in de ingangsspanning of opgenomen stroom (binnen bepaalde limieten). Een soortgelijk blok wordt ook gebruikt als hulpcircuit waar een referentiespanningsbron nodig is.
Een dergelijke opname wordt ook gebruikt als bescherming van gevoelige apparatuur (sensoren, enz.) tegen abnormaal optreden van hoge spanning in de stroom- of meetlijn (constante of willekeurige impulsen). Alles boven de stabilisatiespanning van het halfgeleiderapparaat wordt "afgesneden". Een dergelijk schema wordt een "Zener-barrière" genoemd.
Voorheen werd de eigenschap van de zenerdiode om de spanningspieken "af te snijden" veel gebruikt in pulsvormcircuits. In wisselstroomcircuits werden apparaten met twee anodes gebruikt.
Maar met de ontwikkeling van transistortechnologie en de komst van geïntegreerde schakelingen werd dit principe zelden gebruikt.
Als er geen zenerdiode bij de hand is voor de gewenste spanning, kan deze uit twee worden opgebouwd. De totale stabilisatiespanning zal gelijk zijn aan de som van de twee spanningen.
Belangrijk! Sluit zenerdiodes niet parallel aan om de bedrijfsstroom te verhogen! De spreiding van stroom-spanningskarakteristieken zal leiden tot de output van één zenerdiode in de zone van thermische doorslag, waarna de tweede zal falen vanwege de overmaat van de belastingsstroom.
Hoewel het in de technische documentatie uit de tijd van de USSR is toegestaan parallel inclusie zeners parallel, maar met dien verstande dat de apparaten van hetzelfde type moeten zijn en dat het totale werkelijke dissipatievermogen tijdens bedrijf niet hoger mag zijn dan het toegestane voor een enkele zenerdiode. Dat wil zeggen dat een verhoging van de bedrijfsstroom onder deze voorwaarde niet kan worden bereikt.
Om de toegestane belastingsstroom te verhogen, wordt een ander schema gebruikt. De parametrische stabilisator wordt aangevuld met een transistor en een emittervolger wordt verkregen met een belasting in het emittercircuit en een stabiele basisspanning van de transistor:.
In dit geval zal de uitgangsspanning van de stabilisator minder zijn dan Ustabilisatie door de hoeveelheid spanningsval op de emitterovergang - voor een siliciumtransistor ongeveer 0,6 V. Om deze afname te compenseren, kunt u een diode in serie inschakelen met de zenerdiode in voorwaartse richting.
Op deze manier (door één of meerdere diodes aan te zetten) kun je de uitgangsspanning van de stabilisator binnen een klein bereik naar boven bijstellen. Als u Uout radicaal moet verhogen, is het beter om nog een zenerdiode in serie aan te zetten.
De reikwijdte van de zenerdiode in elektronische schakelingen is uitgebreid. Met een bewuste benadering van de keuze, zal dit halfgeleiderapparaat helpen bij het oplossen van veel problemen die aan de ontwikkelaar zijn toegewezen.
Vergelijkbare artikelen:
