Zeneri diood – mis see on ja milleks see on mõeldud?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-02 13:53

Zeneri diood on ainulaadsete omadustega pooljuhtdiood. Kui tavaline pooljuht on uuesti sisselülitamisel isolaator, siis ta täidab seda funktsiooni kuni teatud rakendatud pinge tõusuni, misjärel toimub laviinitaoline pöörduv rike. Zeneri dioodi kaudu voolava pöördvoolu edasise suurenemisega jääb pinge proportsionaalse takistuse vähenemise tõttu konstantseks. Sel viisil on võimalik saavutada stabiliseerimisrežiim.

Suletud olekus läbib Zener-dioodi esm alt väike lekkevool. Element käitub nagu takisti, mille takistuse väärtus on suur. Rikke ajal muutub zeneri dioodi takistus tühiseks. Kui jätkame pinge suurendamist sisendis, hakkab element soojenema ja kui vool ületab lubatud väärtuse, tekib pöördumatutermiline lagunemine. Kui asjani ei viida, siis pinge muutumisel nullist tööpiirkonna ülemise piirini Zener-dioodi omadused säilivad.

Kui Zener-diood on otse sisse lülitatud, on selle omadused samad, mis dioodil. Kui pluss on ühendatud p-piirkonnaga ja miinus on ühendatud n-piirkonnaga, on üleminekutakistus väike ja vool läbib seda vab alt. See tõuseb sisendpinge kasvades.

Zeneri diood on spetsiaalne diood, mis on ühendatud enamasti vastassuunas. Element on kõigepe alt suletud olekus. Elektrilise rikke korral hoiab zeneri diood pinge konstantsena laias vooluvahemikus.

Anoodile on lisatud miinus ja katoodile pluss. Peale stabiliseerimise (alla punkti 2) toimub ülekuumenemine ja elemendi rikke tõenäosus suureneb.

Funktsioonid

Zeneri parameetrid on järgmised:

• U_st - stabiliseerimispinge nimivoolul I_st;
• I_{st min - minimaalne elektrikatkestuse käivitusvool;}
• I_{st max - maksimaalne lubatud vool;}
• TKN - temperatuurikoefitsient.

Erinev alt tavalisest dioodist on zeneri diood pooljuhtseade, mille elektrilised ja termilised läbilöögipiirkonnad on voolu-pinge karakteristikul üksteisest üsna kaugel.

Maksimaalse lubatud vooluga seotud parameeter, mida sageli täpsustataksetabelid – võimsuse hajumine:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

Zeneri dioodi temperatuurisõltuvus võib olla kas positiivne või negatiivne. Ühendades elemente järjestikku erineva märgiga koefitsientidega, luuakse täpsed zeneri dioodid, mis ei sõltu kütmisest ega jahutusest.

Kaasamise skeemid

Tüüpiline lihtsa stabilisaatori vooluahel, mis koosneb liiteseadisest R_{b ja zeneri dioodist, mis šunteerib koormust.}

Mõnel juhul esineb stabiliseerimise rikkumine.

1. Stabilisaatorile allumine toiteallikast lähtuva suure pingega, kui väljundis on filtreeriv kondensaator. Voolu tõusud selle laadimisel võivad põhjustada zeneri dioodi rikke või takisti hävimise R_b.
2. Laadi väljalülitamine. Kui sisendile rakendatakse maksimaalset pinget, võib zeneri dioodi vool ületada lubatavat, mis põhjustab selle kuumutamist ja hävimist. Siin on oluline jälgida ohutu tööpassi piirkonda.
3. Takistus R_{b on valitud väikeseks, nii et minimaalse võimaliku toitepinge ja maksimaalse lubatud koormuse voolu juures oleks zeneri diood tööregulatsioonitsoonis.}

Stabilisaatori kaitsmiseks kasutatakse türistori kaitseahelaid või kaitsmeid.

Takisti R_{b arvutatakse järgmise valemiga:}

R_b=(U_pit - U_nom)(Ist _{+ I}n_).

Praegunezeneri diood I_st valitakse lubatud maksimum- ja miinimumväärtuste vahel, sõltuv alt sisendpingest U_pit ja koormusvoolust I _n.

Zeneri valik

Elementidel on suur stabiliseerimispinge erinevus. U_{n täpse väärtuse saamiseks valitakse zeneri dioodid samast partiist. On tüüpe, mille parameetrite valik on kitsam. Suure võimsuse hajumisega elemendid paigaldatakse radiaatoritele.}

Zeneri dioodi parameetrite arvutamiseks on vaja algandmeid, näiteks järgmisi:

• U_{pit=12-15 V - sisendpinge;}
• U_{st=9 V - stabiliseeritud pinge;}
• R_{n=50–100 mA – koormus.}

Parameetrid on tüüpilised väikese energiatarbimisega seadmetele.

Minimaalse sisendpinge 12 V korral valitakse koormuse vool maksimaalseks – 100 mA. Ohmi seaduse kohaselt leiate ahela kogukoormuse:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 oomi.}

Zeneri dioodil on pingelangus 9 V. Voolutugevusega 0,1 A on samaväärne koormus:

R_{eq=9 V / 0,1 A=90 oomi.}

Nüüd saate määrata liiteseadise takistuse:

R_{b=120 oomi – 90 oomi=30 oomi.}

See valitakse standardre alt, kus väärtus on sama, mis arvutatud.

Zeneri dioodi läbiv maksimaalne vool määratakse, võttes arvesse koormuse lahtiühendamist, nii et see ei katkeks, kui mõni juhe lahti joodetakse. Pingelangus takistil on järgmine:

U_{R=15–9=6 B.}

Seejärel määratakse takistit läbiv vool:

I_{R=6/30=0, 2 A.}

Kuna zeneri diood on sellega jadamisi ühendatud, siis I_c=I_{R=0,2 A.}

Toite hajumine on P=0,2∙9=1,8 W.

Vastav alt saadud parameetritele valitakse sobiv Zeneri diood D815V.

Sümmeetriline zeneri diood

Sümmeetriline dioodtüristor on lülitusseade, mis juhib vahelduvvoolu. Selle töö eripäraks on kuni mitmevoldine pingelang, kui see on sisse lülitatud vahemikus 30-50 V. Seda saab asendada kahe vastastikku ühendatud tavapärase zeneri dioodiga. Seadmeid kasutatakse lülituselementidena.

Zeneri dioodi analoog

Kui sobivat elementi pole võimalik leida, kasutavad nad transistoridel Zener-dioodi analoogi. Nende eeliseks on pinge reguleerimise võimalus. Selleks saab kasutada mitmeastmelisi alalisvooluvõimendeid.

Sisendisse on paigaldatud trimmitakistiga R1 pingejagur. Kui sisendpinge tõuseb, siis transistori VT1 alusel see ka suureneb. Samal ajal suureneb transistori VT2 läbiv vool, mis kompenseerib pinge tõusu, säilitades seeläbi selle väljundis stabiilsena.

Zeneri dioodide märgistus

Toodatakse klaasist zeneri dioode ja plastkarpides zeneri dioode. Esimesel juhul kantakse neile 2 numbrit, mille vahel asub täht V. Kirje 9V1 tähendab, etU_{st=9, 1 V.}

Plastkorpusel dešifreeritakse pealdised andmelehe abil, kust saate teada ka muid parameetreid.

Tume rõngas korpusel näitab katoodi, millega pluss on ühendatud.

Järeldus

Zeneri diood on eriliste omadustega diood. Zener-dioodide eeliseks on pinge stabiliseerimise kõrge tase koos paljude töövoolu muutustega, samuti lihtsad ühendusskeemid. Väikese pinge stabiliseerimiseks lülitatakse seadmed edasisuunas sisse ja need hakkavad töötama nagu tavalised dioodid.