Ценеровите диоди са нормални PN съединителни диоди, работещи в условие на обратното пристрастие. Работата на ценеровия диод е подобна на диода с PN преход в пренасочено пристрастно състояние, но уникалността се крие във факта, че той може да провежда и когато е свързан в обратен отклонение над прага / напрежението на пробив. Това са сред основни видове диоди използва се често, освен нормалните диоди.

Ценеровият диод работи

Полупроводников диод в състояние на обратно пристрастие

Ако можете да си спомните, обикновен PN диод за свързване се формира от комбинация от p-тип полупроводников материал с n-тип полупроводников материал. Когато едната страна на полупроводниковия кристал е легирана с донорни примеси, а другата страна с акцепторни примеси, се образува PN връзка.

Безпристрастен полупроводников диод

В нормални условия дупките от р страната имат тенденция да се дифузират до ниска концентрация и същото се случва и с електроните от n-страната.

По този начин дупките се разпръскват към n-тата страна, а електроните дифузират към р-страната. Това води до натрупване на заряди около кръстовището, образувайки регион на изчерпване.

Безпристрастен полупроводников диод

През кръстовището се образува електрическа полярност или електрически дипол, причинявайки потока на потока от n странична горна страна. Това води до променлива отрицателна интензивност на електрическото поле, генерирайки електрически потенциал през кръстовището. Този електрически потенциал всъщност е праговото напрежение на диода и е около 0.6V за силиций и 0.2V за германий. Това действа като потенциална бариера за потока от мажоритарни носители на заряд и устройството не провежда.

Сега, когато нормален диод е предубеден, така че отрицателно напрежение се прилага към n страницата и положително напрежение към р страната, се казва, че диодът е в състояние на отклонение напред. Това приложено напрежение има тенденция да намалява потенциалната бариера, след като надхвърли праговото напрежение.

В този момент и след това повечето носители преминават потенциалната бариера и устройството започва да провежда с потока на тока през него.

Когато диодът е пристрастен в обратно състояние към горепосоченото, приложеното напрежение е такова, че добавя към потенциалната бариера и възпрепятства потока на мажоритарните носители. Той обаче позволява поток на малцинствени носители (дупки в n-тип и електрони в p-тип). Тъй като това напрежение на обратното отклонение се увеличава, обратният ток има тенденция да се увеличава постепенно.

В определен момент това напрежение е такова, че причинява разрушаване на областта на изчерпване, причинявайки масивно увеличаване на потока на тока. Това е мястото, където работи ценеровият диод.

Принципът на работа на Zener diode

Както беше посочено по-горе, основният принцип, който стои зад работата на ценеров диод, се крие в причината за повреда на диод в обратно пристрастно състояние. Обикновено има два вида разбивка - Zener и Avalanche.

“7 сегментна карта Karnaugh ”

Принцип на работа на ценеровия диод

Разбивка на Zener

Този тип повреда възниква при напрежение на обратното отклонение между 2 до 8V. Дори при това ниско напрежение интензивността на електрическото поле е достатъчно силна, за да упражни сила върху валентните електрони на атома, така че те да са отделени от ядрата. Това води до образуването на подвижни двойки електрон-дупка, увеличавайки потока на тока през устройството. Приблизителната стойност на това поле е около 2 * 10 ^ 7 V / m.

Този тип счупване се случва нормално за силно допиран диод с ниско напрежение на пробив и по-голямо електрическо поле. С повишаване на температурата валентните електрони получават повече енергия, за да се разрушат от ковалентната връзка и се изисква по-малко количество външно напрежение. По този начин напрежението на пробив на ценерови намалява с температурата.

Разрушаване на лавина

Този тип повреда възниква при напрежение на обратното отклонение над 8V и по-високо. Това се случва за леко допирани диоди с голямо напрежение на пробив. Тъй като малцинствените носители на заряд (електрони) преминават през устройството, те са склонни да се сблъскват с електроните в ковалентната връзка и да причинят разрушаване на ковалентната връзка. С увеличаване на напрежението кинетичната енергия (скорост) на електроните също се увеличава и ковалентните връзки се разрушават по-лесно, причинявайки увеличаване на двойките електрон-дупка. Напрежението на лавиновия пробив нараства с температурата.

3 приложения на ценерови диоди

1. Ценеров диод като напрежение

В постояннотокова верига ценеровият диод може да се използва като регулатор на напрежението или за осигуряване на еталонно напрежение. Основната употреба на Zener диод се крие във факта, че напрежението на Zener диод остава постоянно за по-голяма промяна в тока. Това прави възможно използването на ценеров диод като устройство с постоянно напрежение или регулатор на напрежение.

Във всеки верига за захранване , регулатор се използва за осигуряване на постоянно напрежение на изхода (натоварване), независимо от промяна във входното напрежение или промяна в тока на натоварване. Промяната във входното напрежение се нарича регулиране на линията, докато промяната в тока на натоварване се нарича регулиране на товара.

Ценеров диод като регулатор на напрежението

Една проста схема, включваща Zener диод като регулатор, изисква резистор с ниска стойност, свързан последователно с източника на входно напрежение. Ниската стойност се изисква, за да позволи максимален поток на ток през диода, свързан паралелно. Единственото ограничение обаче е, че токът през ценеровия диод не трябва да бъде по-малък от минималния ток на ценеровия диод. Най-просто казано, за минимално входно напрежение и максимален ток на натоварване, токът на ценеровите диоди винаги трябва да бъде I_zmin.

Докато се проектира регулатор на напрежение с помощта на ценеров диод, последният се избира по отношение на максималната му мощност. С други думи, максималният ток през устройството трябва да бъде: -

Аз_макс= Мощност / ценерово напрежение

Тъй като входното напрежение и необходимото изходно напрежение са известни, е по-лесно да се избере ценеров диод с напрежение, приблизително равно на напрежението на товара, т.е. Vz ~ = V_или.

Стойността на серийния резистор е избрана да бъде

“как да направите прост предпазител ”

R =(V_в- V_с) / (I_zmin+ I_L), където I_L= Напрежение на товара / Съпротивление на натоварване.

Имайте предвид, че за напрежение на натоварване до 8V, може да се използва един Zener диод. Въпреки това за напрежения на натоварване над 8V, изискващи ценерови напрежения с по-висока стойност на напрежението, препоръчително е да се използва диод с пристрастие напред, последователно със Zener диода. Това е така, защото ценеровият диод при по-високо напрежение следва принципа на лавинния пробив, имащ положителна температура на коефициента.

Следователно за компенсация се използва диод с отрицателен температурен коефициент. Разбира се, в наши дни се използват ценерови диоди с компенсация на температурата.

2. Ценеров диод като еталон за напрежение

Ценеров диод като еталон за напрежение

В захранващите блокове и много други вериги, ценеровият диод намира своето приложение като доставчик на постоянно напрежение или референтно напрежение. Единствените условия са входното напрежение да е по-голямо от ценеровото напрежение и последователният резистор да има минимална стойност, така че максималният ток да тече през устройството.

3. Ценеров диод като скоба за напрежение

Във верига, включваща източника на променлив ток, различен от нормалния PN диодна затягаща верига , може да се използва и Zener диод. Диодът може да се използва за ограничаване на пика на изходното напрежение до ценерово напрежение от едната страна и до около 0V от другата страна на синусоидалната форма на вълната.

“каква е дължината на вълната на червената светлина в cm ”

ценеров диод като скоба за напрежение

В горната схема, по време на положителен полуцикъл, след като входното напрежение е такова, че ценеровият диод е обърнат обратно, изходното напрежение е постоянно за известно време, докато напрежението започне да намалява.

Сега по време на отрицателния полуцикъл, ценеровият диод е в препращаща предубедена връзка. Тъй като отрицателното напрежение се увеличава до праговото напрежение за изпращане, диодът започва да провежда и отрицателната страна на изходното напрежение е ограничена до праговото напрежение.

Имайте предвид, че за да получите изходно напрежение само в положителен диапазон, използвайте два противоположно пристрастени ценерови диода последователно.

Работни приложения на Zener Diode

С нарастващата популярност на смартфоните, проекти, базирани на android са предпочитани в наши дни. Тези проекти включват използването на Bluetooth устройства, базирани на технологии. Тези Bluetooth устройства изискват около 3V напрежение за работа. В такива случаи се използва Zener диод за осигуряване на 3V препратка към Bluetooth устройството.

Работещо приложение на ценеров диод, включващо Bluetooth устройство

Работещо приложение на Zener диод, включващо Bluetooth устройство

Друго приложение включва използването на Zener диод като регулатор на напрежението. Тук променливото напрежение се коригира от диода D1 и се филтрира от кондензатора. Това филтрирано постояннотоково напрежение се регулира от диода, за да осигури постоянно референтно напрежение от 15V. Това регулирано постояннотоково напрежение се използва за задвижване на управляващата верига, използвано за управление на превключването на светлината, както в автоматизирана система за управление на осветлението.

Приложение за регулиране на напрежението на ценерови диоди

Надяваме се, че сме успели да предоставим точна, но съществена информация за работата на ценеровите диоди и неговите приложения. Ето един прост въпрос за читателите - Защо интегралните схеми на регулаторите са най-предпочитани пред ценеровите диоди в регулираното захранване с постоянен ток?

Дайте вашите отговори и разбира се вашите отзиви в раздела за коментари по-долу.

Снимки Кредити