Zener-dioder är normala PN-kopplingsdioder som arbetar i omvänd förspänt tillstånd. Arbetet med Zener-dioden liknar en PN-korsningsdiod i vidarebefordrat tillstånd, men det unika ligger i det faktum att den också kan leda när den är ansluten i omvänd förspänning över dess tröskel / nedbrytningsspänning. Dessa är bland grundläggande typer av dioder används ofta, förutom de vanliga dioderna.

Zener-diod fungerar

Halvledardiod i omvänd bias-tillstånd

Om du kan komma ihåg bildas en enkel PN-kopplingsdiod av en kombination av halvledarmaterial av p-typ med ett halvledarmaterial av n-typ. När ena sidan av en halvledarkristall dopas med givarföroreningar och den andra sidan med acceptorföroreningar bildas en PN-korsning.

Ofördelad halvledardiod

Under normala förhållanden tenderar hål från p-sidan att diffundera till en låg koncentrationsregion och samma sak händer för elektroner från n-sidan.

Således diffunderar hålen mot n-sidan och elektronerna diffunderar mot p-sidan. Detta resulterar i ackumulering av laddningar runt korsningen och bildar en utarmningsregion.

Ofördelad halvledardiod

En elektrisk polaritet eller elektrisk dipol bildas över korsningen, vilket orsakar flödet av flöde från n sida över sida. Detta resulterar i varierande negativ elektrisk fältintensitet, vilket genererar en elektrisk potential över korsningen. Denna elektriska potential är faktiskt diodens tröskelspänning och är cirka 0,6V för kisel och 0,2V för Germanium. Detta fungerar som en potentiell barriär för flödet av flertalet laddningsbärare och enheten leder inte.

När en normal diod nu är förspänd så att en negativ spänning appliceras på n-sidan och positiv spänning till p-sidan, sägs dioden vara i förspänt tillstånd. Denna applicerade spänning tenderar att minska den potentiella barriären efter att den överstiger tröskelspänningen.

Vid denna tidpunkt och därefter passerar majoritetsbärarna den potentiella barriären och enheten börjar leda med strömflödet genom den.

När dioden är förspänd i omvänd tillstånd till ovan är den applicerade spänningen sådan att den ökar den potentiella barriären och hindrar flödet av majoritetsbärare. Det tillåter dock flödet av minoritetsbärare (hål i n-typ och elektroner i p-typ). När denna omvända förspänning ökar tenderar omvänd ström att öka gradvis.

Vid en viss punkt är denna spänning sådan att den orsakar nedbrytning av utarmningsområdet och orsakar en massiv ökning av strömflödet. Det är här som Zener-dioden fungerar.

Principen bakom Zener-dioden Working

Som nämnts ovan ligger grundprincipen bakom arbetet för en Zener-diod i orsaken till nedbrytning av en diod i omvänd förspänt tillstånd. Normalt finns det två typer av uppdelningar - Zener och Avalanche.

“hur 3 -fasskraft fungerar ”

Principen bakom zenerdioden fungerar

Zener uppdelning

Denna typ av nedbrytning sker för en omvänd förspänning mellan 2 och 8V. Även vid denna låga spänning är intensiteten i det elektriska fältet tillräckligt stark för att utöva en kraft på atomens valenselektroner så att de separeras från kärnorna. Detta resulterar i bildandet av mobila elektronhålspar, vilket ökar strömflödet över enheten. Det ungefärliga värdet för detta fält är cirka 2 * 10 ^ 7 V / m.

Denna typ av nedbrytning sker normalt för en mycket dopad diod med låg nedbrytningsspänning och ett större elektriskt fält. När temperaturen ökar, får valenselektronerna mer energi för att störa från den kovalenta bindningen och mindre mängd extern spänning krävs. Således minskar Zenerens nedbrytningsspänning med temperaturen.

Lavin uppdelning

Denna typ av nedbrytning sker vid omvänd förspänning över 8V och högre. Det inträffar för lättdopade dioder med stor nedbrytningsspänning. När minoritetsladdningsbärare (elektroner) flyter över enheten tenderar de att kollidera med elektronerna i den kovalenta bindningen och orsaka att den kovalenta bindningen störs. När spänningen ökar ökar också den kinetiska energin (hastigheten) hos elektronerna och de kovalenta bindningarna avbryts lättare, vilket orsakar en ökning av elektronhålpar. Lavins nedbrytningsspänning ökar med temperaturen.

3 Zener-diodapplikationer

1. Zener-diod som spänning

I en likströmskrets kan Zener-dioden användas som spänningsregulator eller för att tillhandahålla spänningsreferens. Huvudanvändningen av Zener-dioden ligger i det faktum att spänningen över en Zener-diod förblir konstant för en större strömförändring. Detta gör det möjligt att använda en Zener-diod som en konstant spänningsenhet eller en spänningsregulator.

I någon strömförsörjningskrets , används en regulator för att tillhandahålla en konstant utspänning (belastning) oberoende av variation i ingångsspänning eller variation i belastningsström. Variationen i ingångsspänning kallas ledningsreglering, medan variationen i belastningsström kallas lastreglering.

Zener-diod som spänningsregulator

En enkel krets med Zener-diod som regulator kräver ett motstånd av det låga värdet som är anslutet i serie med ingångsspänningskällan. Det låga värdet krävs för att möjliggöra maximalt strömflöde genom dioden, parallellkopplad. Den enda begränsningen är dock att strömmen genom Zener-dioden inte bör vara mindre än minsta Zener-diodström. Enkelt uttryckt, för en minimal ingångsspänning och en maximal belastningsström ska Zener-diodströmmen alltid vara I_zmin.

Under utformningen av en spänningsregulator med en Zener-diod väljs den senare med avseende på dess maximala effektvärde. Med andra ord bör den maximala strömmen genom enheten vara: -

Jag_max= Effekt / zenerspänning

Eftersom ingångsspänningen och erforderlig utgångsspänning är känd är det lättare att välja en Zener-diod med en spänning som är ungefär lika med belastningsspänningen, dvs Vz ~ = V_eller.

Seriemotståndets värde väljs för att vara

“lågspännings DC motorvarvtalsreglering ”

R = (V._i- V_med) / (I_zmin+ Jag_L), där jag_L= Lastspänning / lastmotstånd.

Observera att för belastningsspänningar upp till 8V kan en enda Zener-diod användas. Men för belastningsspänningar som överstiger 8V, vilket kräver Zener-spänningar med högre spänningsvärde, är det lämpligt att använda en framåtriktad diod i serie med Zener-dioden. Detta beror på att Zener-dioden vid högre spänning följer lavinsprängningsprincipen och har en positiv temperatur på koefficienten.

Följaktligen används en negativ temperaturkoefficientdiod för kompensation. Naturligtvis används idag praktiska temperaturkompenserade Zener-dioder.

2. Zener-diod som spänningsreferens

Zener-diod som spänningsreferens

I strömförsörjningar och många andra kretsar hittar Zener-dioden sin applikation som en konstant spänningsleverantör eller en spänningsreferens. De enda villkoren är att ingångsspänningen ska vara större än Zener-spänningen och seriemotståndet ska ha ett minimivärde så att den maximala strömmen flödar genom enheten.

3. Zener-diod som en spänningsklämma

I en krets som involverar AC-ingångskällan, skiljer sig från det normala PN-diodklämkrets , kan en Zener-diod också användas. Dioden kan användas för att begränsa toppen av utspänningen till Zenerspänning på ena sidan och till cirka 0V på en annan sida av den sinusformade vågformen.

“vilka är de olika klasserna av förstärkare ”

zenerdioden som spänningsklämma

I ovanstående krets, under positiv halvcykel, när ingångsspänningen är sådan att zenerdioden är omvänd förspänd, är utspänningen konstant under en viss tid tills spänningen börjar minska.

Nu under den negativa halvcykeln är Zener-dioden i vidarebefordrad partisk anslutning. När den negativa spänningen ökar till spänningen för vidarebefordran börjar dioden leda och den negativa sidan av utspänningen är begränsad till tröskelspänningen.

Observera att för att bara få en utspänning i positivt område, använd två motsatt förspända Zener-dioder i serie.

Arbetsapplikationer för Zener-dioder

Med den växande populariteten hos smartphones, Android-baserade projekt föredras i dessa dagar. Dessa projekt innefattar användning av Blåtand teknikbaserade enheter. Dessa Bluetooth-enheter kräver ungefär 3V spänning för drift. I sådana fall används en Zener-diod för att tillhandahålla en 3V-referens till Bluetooth-enheten.

Arbetsapplikation av Zener-diod som involverar en Bluetooth-enhet

En annan applikation innefattar användning av Zener-diod som spänningsregulator. Här korrigeras växelspänningen av dioden D1 och filtreras av kondensatorn. Denna filtrerade likspänning regleras av dioden för att ge en konstant referensspänning på 15V. Denna reglerade likspänning används för att driva styrkretsen, används för att styra strömbrytningen av ljus, som i en automatiserat ljusstyrningssystem.

Zener diod spänning reglering ansökan

Vi hoppas att vi har kunnat tillhandahålla exakt men ändå viktig information om Zener-diodens funktion och dess tillämpningar. Här är en enkel fråga för läsarna - Varför föredras regulator-IC mest än Zener-dioder i reglerad likströmsförsörjning?

Ge dina svar och naturligtvis din feedback i kommentarfältet nedan.

Fotokrediter