דיודות זנר הן דיודות צומת PN רגילות הפועלות במצב מוטה הפוכה. העבודה של דיודת זנר דומה לדיודת צומת PN במצב הטיית העברה, אך הייחודיות נעוצה בעובדה שהיא יכולה להתנהל גם כאשר היא מחוברת בהטיה הפוכה מעל מתח הסף / פירוק שלה. אלה הם בין סוגים בסיסיים של דיודות משמש לעתים קרובות, מלבד הדיודות הרגילות.

דיודת זנר עובדת

דיודת מוליכים למחצה במצב הטיה הפוכה

אם אתה זוכר, דיודת צומת PN פשוטה נוצרת על ידי שילוב של חומר מוליך למחצה מסוג p עם חומר מוליך למחצה מסוג n. כאשר צד אחד של גביש מוליך למחצה מסומם עם זיהומים תורמים והצד השני עם זיהומים מקבלים, נוצר צומת PN.

דיודת מוליכים למחצה לא מוטה

בתנאים רגילים, חורים מהצד p נוטים להתפזר לאזור ריכוז נמוך ואותו דבר קורה גם לאלקטרונים מהצד n.

כך שהחורים מפוזרים לצד n והאלקטרונים מפוזרים לצד p. התוצאה היא הצטברות מטענים סביב הצומת ויוצרים אזור דלדול.

דיודת מוליכים למחצה לא מוטה

קוטביות חשמלית או דיפול חשמלי נוצר על פני הצומת וגורם לזרימת השטף מהצד העליון של הצד n. כתוצאה מכך משתנה עוצמת השדה החשמלי השלילי, ויוצר פוטנציאל חשמלי על פני הצומת. פוטנציאל חשמלי זה הוא למעשה מתח הסף של הדיודה והוא סביב 0.6 וולט לסיליקון ו -0.2 וולט לגרמניום. זה משמש כמחסום פוטנציאלי לזרימת מובילי המטען ברובם והמכשיר אינו מתנהל.

כעת כאשר דיודה רגילה מוטה כך שמופעל מתח שלילי בצד n ומתח חיובי בצד p, נאמר כי הדיודה במצב הטיה קדימה. מתח מיושם זה נוטה להקטין את המחסום הפוטנציאלי לאחר שהוא חורג ממתח הסף.

בשלב זה ואחריו, מובילי הרוב חוצים את המחסום הפוטנציאלי והמכשיר מתחיל להתנהל עם זרם הזרם דרכו.

כאשר הדיודה מוטה במצב הפוך מלמעלה, המתח המופעל הוא כזה שהוא מוסיף למחסום הפוטנציאלי ומעכב את זרימת נושאות הרוב. עם זאת, הוא אכן מאפשר זרימה של נשאי מיעוטים (חורים מסוג n ואלקטרונים מסוג p). כאשר מתח ההטיה ההפוך הזה עולה, הזרם ההפוך נוטה לעלות בהדרגה.

בנקודה מסוימת, מתח זה הוא כזה שגורם להתמוטטות אזור הדלדול, ולגרום לעלייה מאסיבית בזרימת הזרם. כאן נכנסת לתמונה דיודת הזנר שעובדת.

העיקרון שמאחורי דיודת זנר עבודה

כאמור לעיל העיקרון הבסיסי העומד מאחורי העבודה של דיודת זנר נעוץ בגורם להתמוטטות של דיודה במצב מוטה הפוכה. בדרך כלל ישנם שני סוגים של התמוטטות - זנר ומפולת ים.

“סכום המוצרים k מפה ”

עקרון מאחורי עבודת דיודות זנר

התמוטטות זנר

סוג זה של תקלה מתרחש במתח הטיה הפוכה בין 2 ל 8V. גם במתח נמוך זה, עוצמת השדה החשמלי חזקה מספיק כדי להפעיל כוח על אלקטרוני הערכיות של האטום כך שהם מופרדים מהגרעינים. כתוצאה מכך נוצרים זוגות חורים אלקטרוניים ניידים, מה שמגדיל את זרימת הזרם על פני המכשיר. הערך המשוער של שדה זה הוא בערך 2 * 10 ^ 7 V / m.

סוג זה של פירוק מתרחש בדרך כלל עבור דיודה מסוממת מאוד עם מתח פירוק נמוך ושדה חשמלי גדול יותר. ככל שהטמפרטורה עולה, האלקטרונים הערכיים צוברים יותר אנרגיה להתפרקות מהקשר הקוולנטי ונדרשת כמות פחותה של מתח חיצוני. כך מתח התמוטטות של זנר יורד עם הטמפרטורה.

התמוטטות מפולות שלגים

סוג זה של תקלה מתרחש במתח הטיה הפוכה מעל 8 וולט ומעלה. זה קורה לדיודות מסוממות קלות עם מתח פירוק גדול. כשנשאי מטען מיעוטים (אלקטרונים) זורמים על פני המכשיר, הם נוטים להתנגש עם האלקטרונים בקשר הקוולנטי ולגרום לשיבוש הקשר הקוולנטי. ככל שהמתח עולה, האנרגיה (המהירות) הקינטית של האלקטרונים עולה וגם הקשרים הקוולנטיים משובשים ביתר קלות וגורמים לעלייה בזוגות חורי האלקטרונים. מתח פירוק המפולת עולה עם הטמפרטורה.

3 יישומי דיודות זנר

1. דיודת זנר כמתח

במעגל DC, דיודת זנר יכולה לשמש כווסת מתח או לספק הפניה למתח. השימוש העיקרי בדיודת זנר נעוץ בעובדה שהמתח על פני דיודת זנר נשאר קבוע לשינוי גדול יותר בזרם. זה מאפשר להשתמש בדיודת זנר כמכשיר מתח קבוע או כווסת מתח.

בכל מעגל אספקת חשמל , הרגולטור משמש לספק מתח פלט קבוע (עומס) ללא קשר לשינוי במתח הקלט או לשינוי זרם העומס. השונות במתח הקלט נקראת ויסות קו, ואילו הווריאציה בזרם העומס נקראת ויסות עומס.

דיודת זנר כווסת מתח

מעגל פשוט שכולל דיודת זנר כווסת מחייב נגד בעל ערך נמוך המחובר בסדרה עם מקור מתח הכניסה. הערך הנמוך נדרש על מנת לאפשר את הזרימה המרבית של הזרם דרך הדיודה, המחוברת במקביל. עם זאת, האילוץ היחיד הוא שהזרם דרך דיודת זנר לא צריך להיות פחות מזרם דיודות זנר מינימלי. במילים פשוטות, עבור מתח כניסה מינימלי וזרם עומס מרבי, זרם דיודות הזנר צריך להיות תמיד אני_zmin.

בעת תכנון וסת מתח באמצעות דיודת זנר, נבחר האחרון ביחס לדירוג ההספק המרבי שלו. במילים אחרות, הזרם המרבי דרך המכשיר צריך להיות: -

אני_{מקסימום}= מתח / זנר מתח

מכיוון שידוע מתח הכניסה ומתח היציאה הנדרש, קל יותר לבחור דיודת זנר עם מתח השווה בערך למתח העומס, כלומר Vz ~ = V_אוֹ.

הערך של הנגד הסדרה נבחר להיות

“כיצד להכין תרמין ”

R = (V._ב- וי_עם)/(אני_zmin+ אני_ל), איפה אני_ל= עומס מתח / עומס עומס.

שים לב כי עבור מתח עומס עד 8V, ניתן להשתמש בדיודת זנר יחידה. עם זאת, עבור מתח עומס מעבר ל 8 וולט, הדורש מתח זנר בעל ערך מתח גבוה יותר, מומלץ להשתמש בדיודה מוטה קדימה בסדרה עם דיודת זנר. הסיבה לכך היא שדיודת זנר במתח גבוה יותר עוקבת אחר עקרון פירוק המפולת, עם טמפרטורה חיובית של המקדם.

מכאן שדיודת מקדם טמפרטורה שלילית משמשת לפיצוי. כמובן שבימים אלה משתמשים בדיודות זנר בעלות פיצוי טמפרטורות מעשי.

2. דיודת זנר כנקודת התייחסות למתח

דיודת זנר כנקודת התייחסות למתח

בספקי חשמל ובמעגלים רבים אחרים, דיודת זנר מוצאת את יישומה כספק מתח קבוע או הפניה למתח. התנאים היחידים הם שמתח הקלט צריך להיות גדול יותר ממתח זנר ולנגד הסדרה צריך להיות ערך מינימלי כך שהזרם המרבי יזרום דרך המכשיר.

3. דיודת זנר כמהדק מתח

במעגל הכולל מקור כניסת זרם חילופין, שונה מהרגיל מעגל הידוק דיודה PN , ניתן להשתמש גם בדיודת זנר. בעזרת הדיודה ניתן להגביל את שיא מתח המוצא למתח זנר בצד אחד וכ- 0 וולט בצד אחר של צורת הגל הסינוסי.

“בדיקת קבלים עם מולטימטר דיגיטלי ”

דיודת זנר כמהדק מתח

במעגל הנ'ל, במהלך חצי מחזור חיובי, ברגע שמתח הקלט הוא כזה שדיודת הזנר מוטה לאחור, מתח המוצא קבוע למשך זמן מסוים עד שהמתח מתחיל לרדת.

כעת במהלך מחצית המחזור השלילית, דיודת זנר נמצאת בהעברת חיבור מוטה. כאשר המתח השלילי עולה למתח סף ההעברה, הדיודה מתחילה להתנהל והצד השלילי של מתח המוצא מוגבל למתח הסף.

שים לב שכדי לקבל מתח יציאה בטווח חיובי בלבד, השתמש בשתי דיודות זנר מוטות מנוגדות בסדרה.

יישומי עבודה של דיודת זנר

עם הפופולריות הגוברת של סמארטפונים, פרויקטים מבוססי אנדרואיד מועדפים בימים אלה. פרויקטים אלה כוללים שימוש ב בלוטות מכשירים מבוססי טכנולוגיה. התקני Bluetooth אלה דורשים מתח של 3 וולט להפעלה. במקרים כאלה, דיודת זנר משמשת לספק התייחסות 3V למכשיר ה- Bluetooth.

יישום עבודה של דיודת זנר הכוללת מכשיר Bluetooth

יישום נוסף כולל שימוש בדיודת זנר כווסת מתח. כאן מתח המתקן מתוקן על ידי הדיודה D1 ומסונן על ידי הקבל. מתח DC מסונן זה מווסת על ידי הדיודה בכדי לספק מתח ייחוס קבוע של 15 וולט. מתח DC מוסדר זה משמש להנעת מעגל הבקרה, המשמש לבקרת מיתוג האור, כמו ב- מערכת בקרת תאורה אוטומטית.

יישום ויסות מתח דיודות זנר

אנו מקווים שהצלחנו לספק מידע מדויק אך חיוני אודות פעולת דיודות זנר ויישומיה. הנה שאלה פשוטה לקוראים - מדוע בדרך כלל עדיפים ICs רגולטוריים על פני דיודות זנר באספקת חשמל DC מוסדרת?

תן את התשובות שלך וכמובן את המשוב שלך בסעיף ההערות למטה.

נקודות זיכוי