עקרון הפעולה והמאפיינים העיקריים של דיודת הזנר

לדיודה מוליכים למחצה יש הרבה "מקצועות". זה יכול לתקן מתח, להתיר מעגלים חשמליים, להגן על ציוד מפני אספקת חשמל לא תקינה. אבל יש סוג לא ממש רגיל של "עבודה" של הדיודה, כאשר המאפיין שלה של הולכה חד-כיוונית משמש באופן עקיף מאוד. התקן מוליכים למחצה שהמצב הרגיל עבורו הוא הטיה הפוכה נקרא דיודת זנר.

מהי דיודת זנר, היכן משתמשים בה ומהם

דיודת זנר, או דיודה זנר (על שם מדען אמריקאי שהיה הראשון שחקר ותאר את תכונותיו של התקן מוליכים למחצה זה), היא דיודה קונבנציונלית בעלת צומת p-n.התכונה שלו היא עבודה בקטע של המאפיין עם הטיה שלילית, כלומר, כאשר המתח מופעל בקוטביות הפוכה. דיודה כזו משמשת כמייצב עצמאי השומר על מתח הצרכן קבוע, ללא קשר לשינויים בזרם העומס ולתנודות במתח הכניסה. כמו כן, צמתים על דיודות זנר משמשים כמקורות מתח ייחוס עבור מייצבים אחרים עם מעגל מפותח. פחות נפוץ, דיודה הפוכה משמשת כאלמנט עיצוב דופק או מגן מתח.

ישנן דיודות זנר קונבנציונליות ודיודות דו-אנודות. דיודת זנר דו-אנודה היא שתי דיודות המחוברות גב אל גב בבית אחד. זה יכול להיות מוחלף על ידי שני מכשירים נפרדים, כולל אותם על פי התוכנית המתאימה.

וולט-אמפר המאפיין את דיודת הזנר ועקרון הפעולה שלה

כדי להבין את עקרון הפעולה של דיודת זנר, יש צורך ללמוד את מאפיין הזרם-מתח הטיפוסי שלה (CVC).

אם מתח מופעל על הזנר בכיוון קדימה, כמו על דיודה קונבנציונלית, אז הוא יתנהג כמו דיודה קונבנציונלית. במתח של כ-0.6 וולט (עבור התקן סיליקון), הוא ייפתח וייכנס לקטע הליניארי של מאפיין I–V. בנושא המאמר, ההתנהגות של דיודת זנר מעניינת יותר כאשר מופעל מתח של קוטביות הפוכה (ענף שלילי של המאפיין). ראשית, ההתנגדות שלו תגדל בחדות, והמכשיר יפסיק להעביר זרם. אך כאשר מגיעים לערך מתח מסוים, תתרחש עלייה חדה בזרם, הנקראת התמוטטות. יש לו אופי מפולת, והוא נעלם לאחר הסרת החשמל.אם תמשיך להגדיל את המתח ההפוך, אז צומת p-n יתחיל להתחמם ויכנס למצב התמוטטות תרמית. התמוטטות תרמית היא בלתי הפיכה ומשמעותה כישלון של דיודת הזנר, אז אתה לא צריך להכניס את הדיודה למצב זה.

תחום הפעלה מעניין של מכשיר מוליכים למחצה במצב התמוטטות מפולת. צורתו קרובה ללינארית, ויש לו תלילות גבוהה. המשמעות היא שעם שינוי גדול בזרם (ΔI), השינוי במפל המתח על פני דיודת הזנר קטן יחסית (ΔU). וזו התייצבות.

התנהגות זו בעת הפעלת מתח הפוך אופיינית לכל דיודה. אבל המוזרות של דיודת הזנר היא שהפרמטרים שלה בחלק זה של ה-CVC מנורמלים. מתח הייצוב והשיפוע שלו ניתנים (בפיזור מסוים) והם פרמטרים חשובים הקובעים את התאמת המכשיר במעגל. אתה יכול למצוא אותם בספרי עיון. דיודות רגילות יכולות לשמש גם כדיודות זנר - אם מסירים את ה-CVC שלהן וביניהן יש מאפיין מתאים. אבל זהו תהליך ארוך ומייגע עם תוצאה לא מובטחת.

המאפיינים העיקריים של דיודת הזנר

כדי לבחור דיודת זנר למטרות קיימות, עליך לדעת מספר פרמטרים חשובים. מאפיינים אלו יקבעו את התאמתו של המכשיר הנבחר לפתרון המשימות.

מתח ייצוב מדורג

הפרמטר הראשון של הזנר, שאליו אתה צריך לשים לב בעת הבחירה, הוא מתח הייצוב, אשר נקבע על ידי נקודת ההתחלה של התמוטטות המפולת. זה מתחיל בבחירת מכשיר לשימוש במעגל.עבור מקרים שונים של דיודות זנר רגילות, אפילו מאותו סוג, למתח יש פיזור באזור של כמה אחוזים, עבור דיוקות ההפרש נמוך יותר. אם המתח הנומינלי אינו ידוע, ניתן לקבוע זאת על ידי הרכבת מעגל פשוט. כדאי להכין:

• נגד נטל 1 ... 3 קילו אוהם;
• מקור מתח מתכוונן;
• מד מתח (אתה יכול להשתמש בבודק).

יש צורך להעלות את המתח של מקור הכוח מאפס, לשלוט בצמיחת המתח בדיודת הזנר באמצעות מד מתח. בשלב מסוים, הוא ייפסק, למרות עלייה נוספת במתח הכניסה. זהו מתח הייצוב בפועל. אם אין מקור מוסדר, אתה יכול להשתמש בספק כוח עם מתח מוצא קבוע גבוה יותר מ-Ustabilization. הסכימה ועקרון המדידה נשארים זהים. אבל קיים סיכון לכשל במכשיר המוליך למחצה עקב עודף זרם ההפעלה.

דיודות זנר משמשות לעבודה עם מתחים מ-2 ... 3 V עד 200 V. כדי ליצור מתח יציב מתחת לטווח זה, משתמשים במכשירים אחרים - סטביסטורים הפועלים בקטע הישיר של ה-CVC.

טווח זרם הפעלה

הזרם שבו דיודות הזנר מבצעות את תפקידן מוגבל מלמעלה ומלמטה. מלמטה, הוא מוגבל על ידי תחילת הקטע הליניארי של הענף ההפוך של ה-CVC. בזרמים נמוכים יותר, המאפיין אינו מספק מצב מתח קבוע.

הערך העליון מוגבל על ידי פיזור ההספק המרבי שהתקן מוליך למחצה מסוגל ותלוי בתכנון שלו. דיודות זנר במארז מתכת מיועדות ליותר זרם, אך אל תשכחו את השימוש בגוף קירור.בלעדיהם, כוח הפיזור המרבי המותר יהיה נמוך משמעותית.

התנגדות דיפרנציאלית

פרמטר נוסף שקובע את פעולת דיודת הזנר הוא ההתנגדות הדיפרנציאלית Rst. הוא מוגדר כיחס בין שינוי המתח ΔU לשינוי הזרם ΔI שגרם לו. לערך זה יש את מימד ההתנגדות והוא נמדד באום. מבחינה גרפית, זהו הטנגנס של השיפוע של קטע העבודה של המאפיין. ברור שככל שההתנגדות נמוכה יותר, איכות הייצוב טובה יותר. עבור דיודת זנר אידיאלית (שלא קיימת בפועל), Rst שווה לאפס - כל עלייה בזרם לא תגרום לשום שינוי במתח, והקטע המאפיין I–V יהיה מקביל לציר ה-y.

סימון דיודה זנר

דיודות זנר מקומיות ומיובאות במארז מתכת מסומנות בצורה פשוטה וברורה. הם מסומנים עם שם המכשיר ומיקום האנודה והקתודה בצורה של ייעוד סכמטי.

התקנים במארז פלסטיק מסומנים בטבעות ונקודות בצבעים שונים בצדי הקתודה והאנודה. לפי הצבע והשילוב של התווים, אתה יכול לקבוע את סוג המכשיר, אבל בשביל זה אתה צריך לעיין בספרי עיון או להשתמש בתוכנות מחשבון. את שניהם ניתן למצוא באינטרנט.

לפעמים מתח ייצוב מופעל על דיודות זנר בעלות הספק נמוך.

מעגלי מיתוג דיודות זנר

המעגל הראשי להפעלת דיודת זנר נמצא בסדרה עם נַגָד, שמגדיר את הזרם דרך התקן המוליך למחצה ולוקח על עצמו את המתח העודף. שני האלמנטים יוצרים מחלק משותף. כאשר מתח הכניסה משתנה, הירידה על דיודת הזנר נשארת קבועה, בעוד שהירידה על הנגד משתנה.

ניתן להשתמש במעגל כזה באופן עצמאי והוא נקרא מייצב פרמטרי. הוא שומר על המתח בעומס קבוע, למרות תנודות במתח הכניסה או בזרם הנמשך (בגבולות מסוימים). בלוק דומה משמש גם כמעגל עזר שבו יש צורך במקור מתח ייחוס.

הכללה כזו משמשת גם כהגנה על ציוד רגיש (חיישנים וכו') מפני התרחשות חריגה של מתח גבוה בקו הכוח או המדידה (דחפים קבועים או אקראיים). כל דבר שמעל למתח הייצוב של התקן המוליך למחצה "מנותק". תכנית כזו נקראת "מחסום זנר".

בעבר, התכונה של דיודת הזנר "לנתק" את פסגות המתח היה בשימוש נרחב במעגלים מעצבי דופק. התקני דו-אנודה שימשו במעגלי זרם חילופין.

אבל עם התפתחות טכנולוגיית הטרנזיסטור והופעת מעגלים משולבים, עיקרון זה היה בשימוש נדיר.

אם אין דיודת זנר בהישג יד עבור המתח הרצוי, היא יכולה להיות מורכבת משניים. מתח הייצוב הכולל יהיה שווה לסכום שני המתחים.

חָשׁוּב! אין לחבר דיודות זנר במקביל כדי להגביר את זרם ההפעלה! ההתפשטות של מאפייני מתח זרם תוביל לפלט של דיודת זנר אחת לאזור התמוטטות התרמית, ואז השנייה תיכשל עקב עודף זרם העומס.

אמנם בתיעוד הטכני של זמני ברית המועצות מותר מַקְבִּיל הַכלָלָה זנרים במקביל, אך בתנאי שהמכשירים חייבים להיות מאותו סוג והספק הפיזור בפועל במהלך הפעולה לא יעלה על המותר עבור דיודת זנר בודדת. כלומר, לא ניתן להשיג עלייה בזרם ההפעלה בתנאי זה.

כדי להגדיל את זרם העומס המותר, נעשה שימוש בתכנית אחרת. המייצב הפרמטרי מתווסף בטרנזיסטור, ומתקבל עוקב פולט עם עומס במעגל הפולט ויציב מתח בסיס טרנזיסטור.

במקרה זה, מתח המוצא של המייצב יהיה קטן מ-Ustabilization בכמות נפילת המתח בצומת הפולט - עבור טרנזיסטור סיליקון, כ-0.6 V. כדי לפצות על ירידה זו, ניתן להדליק דיודה בסדרה עם דיודת הזנר בכיוון קדימה.

בדרך זו (על ידי הפעלת דיודה אחת או יותר), ניתן לכוונן את מתח המוצא של המייצב כלפי מעלה בטווח קטן. אם אתה צריך להגדיל באופן קיצוני את Uout, עדיף להפעיל דיודת זנר אחת נוספת בסדרה.

היקף דיודת הזנר במעגלים אלקטרוניים הוא נרחב. עם גישה מודעת לבחירה, התקן מוליכים למחצה זה יעזור לפתור בעיות רבות שהוקצו למפתח.

מאמרים דומים: