Mga diode ng Zener

Panimula

Ang mga diode sa pangkalahatan ay kilala bilang isang aparato na nagpapahintulot sa daloy ng kasalukuyang sa isang direksyon (pasulong na bias) at nag-aalok ng paglaban sa daloy ng kasalukuyang kapag ginamit sa reverse bias. Sa kabilang banda, ang Zener Diode (Pinangalan sa siyentipikong Amerikano na si C. Zener na unang ipinaliwanag ang mga prinsipyo sa pagpapatakbo nito), hindi lamang pinapayagan ang daloy ng kasalukuyang kapag ginamit sa pasulong na bias, ngunit pinapayagan din nila ang daloy ng kasalukuyang kapag ginamit sa baligtad na bias sa ngayon ang inilapat na boltahe ay nasa itaas ng boltahe ng breakdown na kilala bilang Zener Breakdown Voltage. O sa madaling salita Ang pagkasira ng boltahe ay ang boltahe, kung saan nagsisimulang magsagawa ang Zener Diode sa pabalik na direksyon.

Prinsipyo ng Pagpapatakbo ng Zener Diode:

Sa normal na mga diode, ang pagkasira ng boltahe ay napakataas at ang diode ay nasira nang ganap kung ang isang boltahe sa itaas ng breakdown diode ay inilalapat, ngunit sa Zener diode, ang boltahe ng pagkasira ay hindi kasing taas at hindi hahantong sa permanenteng pinsala ng zener diode kung ang boltahe ay inilapat.

Tulad ng pabalik na boltahe na inilapat sa Zener diode ay tumataas patungo sa tinukoy na Breakdown Voltage (Vz), isang kasalukuyang nagsisimula na dumadaloy sa pamamagitan ng diode at ang kasalukuyang ito ay kilala bilang Zener Current at ang prosesong ito ay kilala bilang Avalanche Breakdown . Ang kasalukuyang tumataas sa isang maximum at nagpapatatag. Ang kasalukuyang ito ay nananatiling pare-pareho sa mas malawak na hanay ng inilapat na boltahe at pinapayagan ang Zener diode na makatiis na may mas mataas na boltahe nang hindi nasisira. Ang kasalukuyang ito ay natutukoy ng resistor ng serye.

Isaalang-alang ang Mga Imahe sa ibaba ng isang normal na pag-diode bilang pagkilos.

Upang maipakita ang mga pagpapatakbo ng zener diode, isaalang-alang ang dalawang eksperimento (A at B) sa ibaba.

Sa Eksperimento A, ang isang 12V zener diode ay konektado sa baligtad na bias tulad ng ipinakita sa imahe at makikita na ang zener diode ay hinarangan ang boltahe nang epektibo sapagkat ito ay mas mababa / katumbas ng breakdown voltage ng partikular na zener diode at ang lampara sa gayon tumigil.

Sa Eksperimento B, isang ginamit na 6v Zener Diode ay nagsasagawa (ang bombilya ay dumarating) sa reverse bias dahil ang inilapat na boltahe ay mas malaki kaysa sa breakdown voltage at sa gayon ay ipinapakita na ang rehiyon ng pagkasira ay ang rehiyon ng pagpapatakbo ng zener diode.

Ang curve ng katangian ng kasalukuyang boltahe ng Zener diode ay ipinapakita sa ibaba.

Mula sa grap, maaari itong mapagpasyahan na ang zener diode na pinapatakbo sa reverse bias mode ay magkakaroon ng medyo pare-pareho na boltahe anuman ang dami ng kasalukuyang ibinibigay.

Mga aplikasyon ng Zener Diode:

Ang mga zener diode ay ginagamit sa tatlong pangunahing mga aplikasyon sa mga electronic circuit;

1. Pagsasaayos ng Boltahe

2. Waveform Clipper

3. Boltahe Shifter

1. Zener Diode bilang Voltage Regulator

Masasabing ito ang pinakakaraniwang aplikasyon ng mga zener diode.

Ang application na ito ng mga zener diode ay nakasalalay nang malaki sa kakayahan ng mga zener diode upang mapanatili ang isang pare-pareho na boltahe anuman ang mga pagkakaiba-iba sa supply o kasalukuyang pag-load. Ang pangkalahatang pagpapaandar ng isang aparato ng regulasyon ng boltahe ay upang magbigay ng isang pare-pareho na boltahe ng output sa isang pagkarga na konektado kahanay nito anuman ang mga pagkakaiba-iba sa enerhiya na iginuhit ng pagkarga (Load current) o mga pagkakaiba-iba at kawalang-tatag sa boltahe ng suplay.

Ang Zener diode ay magbibigay ng pare-pareho boltahe na ibinigay kasalukuyang pananatili sa loob ng saklaw ng maximum at minimum na kasalukuyang reverse.

Ang circuit diagram na nagpapakita ng Zener diode na ginagamit bilang isang Voltage regulator ay ipinapakita sa ibaba.

Ang isang risistor, ang R1 ay konektado sa serye na may zener diode upang limitahan ang dami ng kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng diode at ang input boltahe na Vin (Aling dapat mas malaki kaysa sa boltahe ng zener) ay konektado sa kabuuan tulad ng ipinakita sa imahe at ang output boltahe Vout, ay dinadala sa kabila ng zener diode na may Vout = Vz (Zener Voltage). Dahil ang mga katangian ng reverse bias ng zener diode ay kung ano ang kinakailangan upang makontrol ang boltahe, nakakonekta ito sa baligtad na bias mode, na ang cathode ay konektado sa positibong riles ng circuit.

Dapat mag-ingat kapag pinipili ang halaga ng risistor R1, dahil ang isang maliit na risistor ng halaga ay magreresulta sa isang malaking kasalukuyang diode kapag ang pagkarga ay nakakonekta at tataasan nito ang kinakailangan ng pagwawaldas ng kuryente ng diode na maaaring mas mataas kaysa sa maximum na rating ng kuryente ng ang zener at maaaring makapinsala dito.

Ang halaga ng risistor na gagamitin ay maaaring matukoy gamit ang formula sa ibaba.

R ₁ = (V _in - V _Z) / I _Z Kung saan; Ang R1 ay ang halaga ng paglaban sa serye. Ang Vin ay ang boltahe ng pag-input. Ang Vz na kapareho ng Vout ay ang boltahe ng Zener At si Iz ang kasalukuyang zener.

Sa pamamagitan ng paggamit ng formula na ito ay madali upang matiyak na ang halaga ng napiling risistor ay hindi hahantong sa daloy ng kasalukuyang mas mataas kaysa sa kung ano ang maaaring hawakan ng zener.

Ang isang maliit na problemang naranasan sa zener diode based regulator circuits ay ang Zener kung minsan ay bumubuo ng elektrikal na ingay sa supply rail habang sinusubukan na pangalagaan ang input boltahe. Habang hindi ito maaaring maging isang problema para sa karamihan ng mga application, ang problemang ito ay maaaring malutas sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang malaking halaga ng decoupling capacitor sa buong diode. Tumutulong ito na patatagin ang output ng zener.

2. Zener Diode bilang Waveform Clipper

Ang isa sa mga paggamit ng normal na diode ay ang aplikasyon ng clipping at clamping circuit na mga circuit na ginagamit upang hugis o baguhin ang isang input AC waveform o signal, na gumagawa ng isang iba't ibang hugis na output signal depende sa mga pagtutukoy ng clipper o clamper.

Ang mga clip circuit ay pangkalahatan ay mga circuit na ginagamit upang maiwasan ang signal ng output ng isang circuit mula sa lampas sa isang paunang natukoy na halaga ng boltahe nang hindi binabago ang anumang iba pang bahagi ng input signal o waveform.

Ang mga circuit na ito kasama ang mga clamper ay malawakang ginagamit sa Analog telebisyon at FM radio transmitters para sa pagtanggal ng panghihimasok (clamping circuit) at paglilimita sa mga peaks sa ingay sa pamamagitan ng pag-clipping ng matataas na taluktok.

Dahil ang Zener diode ay pangkalahatang kumilos tulad ng normal na mga diode kapag ang inilapat na boltahe ay hindi katumbas ng breakdown voltage, ginagamit din ang mga ito sa mga clipping circuit.

Ang pagdidikit ng mga circuit ay maaaring idinisenyo upang i-clip ang signal alinman sa positibo, negatibo o parehong mga rehiyon. Kahit na ang diode ay natural na mag-clip off sa iba pang rehiyon sa 0.7V hindi alintana kung ito ay dinisenyo bilang isang positibo o negatibong clipper.

Halimbawa, isaalang-alang ang circuit sa ibaba.

Ang clipper circuit ay idinisenyo upang i-clip ang output signal sa 6.2v, kaya ginamit ang isang 6.2v zener diode. Pinipigilan ng zener diode ang output signal mula sa paglampas sa boltahe ng zener anuman ang input waveform. Para sa partikular na halimbawang ito, isang 20v input boltahe ang ginamit at ang boltahe ng output sa positibong swing ay 6.2v na naaayon sa boltahe ng zener diode. Sa panahon ng negatibong pag-indayog ng boltahe ng AC gayunpaman, ang zener diode ay kumikilos tulad ng normal na diode at i-clip ang output boltahe sa 0.7V, Naaayon sa normal na mga silode diode.

Upang maipatupad ang clipping circuit para sa negatibong swing ng AC circuit pati na rin ang positibong swing sa isang paraan na ang boltahe ay na-clip sa iba't ibang mga antas sa positibo at negatibong swing, isang dobleng zener clipping circuit ang ginagamit. Ang circuit diagram para sa dobleng zener clipping circuit ay ipinapakita sa ibaba.

Sa clipping circuit sa itaas, ang boltahe Vz2 ay kumakatawan sa boltahe sa negatibong swing ng pinagmulan ng AC kung saan nais na ma-clip ang output signal, habang ang boltahe Vz1 ay kumakatawan sa boltahe sa positibong swing ng pinagmulan ng AC kung saan ang output boltahe ay ninanais na i-clip.

3. Zener Diode bilang Voltage Shifter

Ang boltahe shifter ay isa sa pinakasimpleng ngunit kagiliw-giliw na mga application ng zener diode. Kung mayroon kang karanasan lalo na sa pagkonekta ng isang 3.3v sensor sa isang 5V MCU, at nakita mo mismo ang mga pagkakamali sa mga pagbasa, atbp, na maaaring humantong sa mga ito ay pahalagahan mo ang kahalagahan ng mga shifters ng boltahe. Ang mga shifters ng boltahe ay tumutulong sa pag-convert ng signal mula sa isang boltahe patungo sa isa pa at may kakayahan ng zener diode upang mapanatili ang matatag na boltahe ng output sa rehiyon ng pagkasira, ginagawa itong perpektong sangkap para sa operasyon.

Sa isang zener diode based boltahe shifter, ang circuit, ibinababa ang output boltahe, sa pamamagitan ng isang halaga na katumbas ng breakdown voltage ng partikular na zener diode na ginagamit. Ang circuit diagram para sa shifter ng boltahe ay isinalarawan sa ibaba.

Isaalang-alang ang eksperimento sa ibaba,

Inilalarawan ng circuit ang isang 3.3v zener diode based voltage shifter. Ang boltahe ng output (3.72V) ng circuit ay ibinibigay sa pamamagitan ng pagbawas ng breakdown voltage (3.3V) ng zener diode mula sa input boltahe (7V).

Vout = Vin –Vz

Vout = 7 - 3.3 = 3.7v

Ang boltahe na shifter na inilalarawan nang mas maaga sa ay may maraming mga application sa modernong araw na disenyo ng mga elektronikong circuit bilang ang disenyo ng engineer ay maaaring gumana hanggang sa tatlong magkakaibang antas ng boltahe sa mga oras sa proseso ng disenyo.

Mga uri ng Zener Diode:

Ang mga diode ng zener ay ikinategorya sa mga uri batay sa maraming mga parameter na kasama ang;

1. Nominal Boltahe
2. Pag-iwas sa Kapangyarihan
3. Ipasa ang kasalukuyang pag-drive
4. Pagpasa ng boltahe
5. Uri ng pag-iimpake
6. Pinakamataas na Kasalukuyang Baliktarin

Nominal Boltahe

Ang nominal na Operasyon boltahe ng isang zener diode ay kilala rin bilang breakdown boltahe ng zener diode, depende sa application kung saan gagamitin ang diode, madalas itong pinakamahalagang pamantayan para sa pagpili ng Zener diode.

Pagwawaldas ng lakas

Kinakatawan nito ang maximum na dami ng lakas na maaaring mawala ang kasalukuyang zener. Ang labis na rating ng kuryente na ito ay humantong sa labis na pagtaas ng temperatura ng zener diode na maaaring makapinsala dito at humantong sa pagkabigo ng mga bagay na konektado dito sa isang circuit. Sa gayon ang kadahilanan na ito ay dapat isaalang-alang kapag pumipili ng diode na may naisip na paggamit.

Maximum na Kasalukuyang Zener

Ito ang maximum na kasalukuyang maaaring maipasa sa pamamagitan ng zener diode sa boltahe ng zener nang hindi sinisira ang aparato.

Minimum na Kasalukuyang Zener

Ito ay tumutukoy sa pinakamababang kasalukuyang kinakailangan para sa zener diode upang simulan ang pagpapatakbo sa rehiyon ng pagkasira.

Ang iba pang mga parameter na nagsisilbing detalye para sa diode lahat ay kailangang ganap na isaalang-alang bago ang isang desisyon ay gagawin sa uri ng uri ng zener diode na kinakailangan para sa kakaibang disenyo.

Konklusyon:

Narito ang 5 puntos na hindi mo dapat kalimutan ang tungkol sa zener diode.

1. Ang isang zener diode ay tulad ng isang ordinaryong diode lamang na ito ay na-doped upang magkaroon ng isang matalim na isang boltahe ng breakdown.
2. Ang Zener diode ay nagpapanatili ng isang matatag na boltahe ng output na hindi alintana ang input boltahe na ibinigay sa maximum na kasalukuyang zener ay hindi lumampas.
3. Kapag nakakonekta sa pasulong na bias, ang zener diode ay kumilos nang eksakto tulad ng normal na silicone diode. Nagsasagawa ito ng parehong 0.7v boltahe na drop na kasabay ng paggamit ng normal na diode.
4. Ang zener diode default na pagpapatakbo na estado ay nasa rehiyon ng pagkasira (baligtad na bias). Nangangahulugan ito na talagang nagsisimulang gumana kapag ang inilapat na boltahe ay mas mataas kaysa sa Zener Voltage sa reverse bias.
5. Ang zener diode ay kadalasang ginagamit sa mga application na kinasasangkutan, regulasyon ng boltahe, clipping circuit at Voltage shifters.