Diod Zener

Pengenalan

Diod umumnya dikenali sebagai peranti yang membenarkan aliran arus dalam satu arah (bias ke hadapan) dan menawarkan ketahanan terhadap aliran arus ketika digunakan dalam bias terbalik. Zener Diode (Dinamakan sebagai saintis Amerika C. Zener yang pertama kali menjelaskan prinsip operasinya) sebaliknya, tidak hanya membenarkan aliran arus ketika digunakan dalam bias ke depan, tetapi juga memungkinkan aliran arus ketika digunakan dalam bias terbalik setakat ini voltan terpakai berada di atas voltan kerosakan yang dikenali sebagai Zener Breakdown Voltage. Atau dengan kata lain Voltan kerosakan adalah voltan, di mana Zener Diode mula melakukan arah terbalik.

Prinsip Operasi Zener Diode:

Dalam diod normal, voltan pemecahan sangat tinggi dan diod rosak sepenuhnya jika voltan di atas diod pemecahan diterapkan, tetapi dalam diod Zener, voltan pemecahan tidak begitu tinggi dan tidak menyebabkan kerosakan kekal diod zener jika voltan dikenakan.

Apabila voltan terbalik yang diterapkan pada diod Zener meningkat ke arah Voltan Kerusakan yang ditentukan (Vz), arus mula mengalir melalui dioda dan arus ini dikenali sebagai Arus Zener dan proses ini dikenali sebagai Kerosakan Avalanche . Arus meningkat maksimum dan stabil. Arus ini tetap berterusan pada julat voltan terpakai yang lebih luas dan membolehkan diod Zener menahan voltan yang lebih tinggi tanpa mengalami kerosakan. Arus ini ditentukan oleh perintang siri.

Pertimbangkan Gambar di bawah dioda normal dalam tindakan.

Untuk menunjukkan operasi diod zener, pertimbangkan dua eksperimen (A dan B) di bawah.

Dalam Eksperimen A, diod zener 12V disambungkan secara bias terbalik seperti yang ditunjukkan dalam gambar dan dapat dilihat bahawa diod zener menyekat voltan dengan berkesan kerana kurang / sama dengan voltan pemecahan diod zener tertentu dan lampu dengan demikian menjauhkan diri.

Dalam Eksperimen B, Diod Zener 6v yang digunakan adalah melakukan (mentol menyala) secara bias terbalik kerana voltan yang digunakan lebih besar daripada voltan pemecahannya dan dengan demikian menunjukkan bahawa kawasan pemecahan adalah kawasan operasi diod zener.

Yang lengkung ciri semasa voltan diod Zener yang ditunjukkan di bawah.

Dari grafik tersebut, dapat disimpulkan bahawa diod zener yang dikendalikan dalam mod bias terbalik akan mempunyai voltan yang tetap tanpa mengira jumlah arus yang dibekalkan.

Aplikasi Zener Diode:

Diod Zener digunakan dalam tiga aplikasi utama dalam litar elektronik;

1. Peraturan Voltan

2. Clipper Bentuk Gelombang

3. Pengubah Voltan

1. Zener Diode sebagai Voltage Regulator

Ini boleh dikatakan aplikasi zener zener yang paling biasa.

Aplikasi diod zener ini sangat bergantung pada kemampuan diod zener untuk mengekalkan voltan tetap tanpa mengira variasi arus bekalan atau beban. Fungsi umum alat pengatur voltan adalah untuk memberikan voltan keluaran tetap ke beban yang disambungkan selari dengannya tanpa mengira variasi tenaga yang ditarik oleh beban (Arus beban) atau variasi dan ketidakstabilan voltan bekalan.

Diod Zener akan memberikan voltan malar dengan syarat arus kekal dalam julat arus terbalik maksimum dan minimum.

Gambarajah litar yang menunjukkan diod Zener digunakan sebagai pengatur voltan ditunjukkan di bawah.

Sebuah perintang, R1 dihubungkan secara bersiri dengan diod zener untuk membatasi jumlah arus yang mengalir melalui dioda dan voltan masukan Vin (yang mesti lebih besar daripada voltan zener) disambungkan seperti yang ditunjukkan dalam gambar dan voltan output Vout, diambil merentasi diod zener dengan Vout = Vz (Zener Voltage). Oleh kerana ciri-ciri bias terbalik diod zener adalah yang diperlukan untuk mengatur voltan, ia dihubungkan dalam mod bias terbalik, dengan katod dihubungkan ke rel positif litar.

Perhatian mesti diambil semasa memilih nilai perintang R1, kerana nilai perintang yang kecil akan menghasilkan arus dioda yang besar ketika beban disambungkan dan ini akan meningkatkan keperluan pelesapan daya diod yang boleh menjadi lebih tinggi daripada peringkat daya maksimum zener dan boleh merosakkannya.

Nilai perintang yang akan digunakan dapat ditentukan dengan menggunakan formula di bawah.

R ₁ = (V _dalam - V _Z) / I _Z Di mana; R1 adalah nilai rintangan siri. Vin adalah voltan masukan. Vz yang sama dengan Vout adalah voltan Zener Dan Iz adalah arus zener.

Dengan menggunakan formula ini menjadi mudah untuk memastikan bahawa nilai perintang yang dipilih tidak menyebabkan aliran arus lebih tinggi daripada yang boleh ditangani oleh zener.

Satu masalah kecil yang dialami dengan rangkaian pengatur berasaskan diod zener ialah Zener kadang-kadang menghasilkan bunyi elektrik pada rel bekalan semasa membuat percubaan untuk mengatur voltan masukan. Walaupun ini mungkin tidak menjadi masalah bagi kebanyakan aplikasi, masalah ini dapat diselesaikan dengan penambahan kapasitor pemutus nilai besar di dioda. Ini membantu menstabilkan output zener.

2. Zener Diod sebagai Waveform Clipper

Salah satu kegunaan dioda normal adalah dalam aplikasi pemotongan dan pengapit sirkuit yang merupakan litar yang digunakan untuk membentuk atau mengubah bentuk gelombang AC input atau isyarat, menghasilkan isyarat keluaran yang berlainan bergantung pada spesifikasi clipper atau clamper.

Litar gunting secara umum adalah litar yang digunakan untuk mencegah isyarat output litar melampaui nilai voltan yang telah ditentukan tanpa mengubah bahagian lain dari isyarat input atau bentuk gelombang.

Litar ini bersama dengan penjepit digunakan secara meluas dalam pemancar televisyen Analog dan radio FM untuk menghilangkan gangguan (litar penjepit) dan mengehadkan puncak kebisingan dengan memotong puncak tinggi.

Oleh kerana diod Zener secara amnya berperilaku seperti dioda normal apabila voltan yang digunakan tidak sama dengan voltan pemecahan, ia juga digunakan dalam litar guntingan.

Litar kliping dapat dirancang untuk menjepit isyarat sama ada di kawasan positif, negatif atau kedua-dua kawasan. Walaupun dioda secara semula jadi akan memotong kawasan lain pada 0.7V tanpa mengira sama ada ia dirancang sebagai gunting positif atau negatif.

Contohnya, pertimbangkan litar di bawah.

Litar kliper dirancang untuk mengepit isyarat output pada 6.2v, jadi diod zener 6.2v digunakan. Diod zener menghalang isyarat output melebihi voltan zener tanpa mengira bentuk gelombang input. Untuk contoh khusus ini, voltan input 20v digunakan dan voltan output pada ayunan positif adalah 6.2v selaras dengan voltan diod zener. Walau bagaimanapun, semasa ayunan negatif voltan AC, diod zener berkelakuan seperti dioda biasa dan klip voltan output pada 0.7V, Selaras dengan diod silikon biasa.

Untuk melaksanakan litar kliping untuk ayunan negatif litar AC dan ayunan positif sedemikian rupa sehingga voltan dipotong pada tahap yang berbeza pada ayunan positif dan negatif, litar kliping zener berganda digunakan. Gambarajah litar untuk litar guntingan zener berganda ditunjukkan di bawah.

Dalam litar kliping di atas, voltan Vz2 mewakili voltan pada ayunan negatif sumber AC di mana isyarat output diinginkan untuk dipotong, sementara voltan Vz1 mewakili voltan pada ayunan positif sumber AC di mana voltan keluaran dikehendaki dipotong.

3. Zener Diode sebagai Voltage Shifter

Pengubah voltan adalah salah satu aplikasi diod zener yang paling mudah tetapi menarik. Sekiranya anda mempunyai pengalaman terutamanya dengan menyambungkan sensor 3.3v ke MCU 5V, dan pernah melihat sendiri kesalahan dalam pembacaan, dan lain-lain, ini boleh menyebabkan mereka memahami betapa pentingnya pemindah voltan. Pemindah voltan membantu menukar isyarat dari satu voltan ke voltan lain dan dengan kemampuan diod zener untuk mengekalkan voltan keluaran yang stabil di kawasan pemecahan, menjadikannya komponen yang ideal untuk operasi.

Dalam pergeseran voltan berdasarkan diod zener, litar, menurunkan voltan keluaran, dengan nilai yang sama dengan voltan pemecahan diod zener tertentu yang digunakan. Gambarajah litar untuk pengubah voltan digambarkan di bawah.

Pertimbangkan percubaan di bawah ini,

Litar menerangkan pengalihan voltan berasaskan diod zener 3.3v. Voltan keluaran (3.72V) litar diberikan dengan mengurangkan voltan pemecahan (3.3V) diod zener dari voltan masukan (7V).

Vout = Vin –Vz

Vout = 7 - 3.3 = 3.7v

Peralihan voltan seperti yang dijelaskan sebelumnya mempunyai beberapa aplikasi dalam reka bentuk litar elektronik moden kerana jurutera reka bentuk mungkin harus bekerja dengan hingga tiga tahap voltan yang berlainan pada masa-masa semasa proses reka bentuk.

Jenis Diod Zener:

Zener diod dikategorikan kepada jenis berdasarkan beberapa parameter yang merangkumi;

Voltan Nominal
Kekurangan Kuasa
Maju arus pemacu
Voltan ke hadapan
Jenis pembungkusan
Arus Balik Maksimum

Voltan Nominal

Voltan operasi nominal diod zener juga dikenali sebagai voltan pemecahan diod zener, bergantung pada aplikasi untuk mana dioda digunakan, ini sering merupakan kriteria terpenting untuk pemilihan diod Zener.

Pelesapan kuasa

Ini menunjukkan jumlah kuasa maksimum yang dapat dihilangkan oleh arus zener. Melebihi penarafan daya ini menyebabkan kenaikan suhu diod zener yang berlebihan yang boleh merosakkannya dan mengakibatkan kegagalan benda yang bersambung dengannya dalam litar. Oleh itu, faktor ini harus dipertimbangkan semasa memilih diod dengan mempertimbangkan penggunaannya.

Arus Zener Maksimum

Ini adalah arus maksimum yang dapat dilalui melalui diod zener pada voltan zener tanpa merosakkan peranti.

Minimum Zener Semasa

Ini merujuk kepada arus minimum yang diperlukan agar zener diod mula beroperasi di kawasan pemecahan.

Parameter lain yang berfungsi sebagai spesifikasi untuk dioda semuanya harus dipertimbangkan sepenuhnya sebelum keputusan dibuat mengenai jenis jenis diod zener yang diperlukan untuk reka bentuk aneh itu.

Kesimpulan:

Berikut adalah 5 mata yang tidak boleh anda lupakan mengenai diod zener.

Diod zener seperti diod biasa hanya bahawa ia telah didoping untuk mempunyai voltan kerosakan yang tajam.
Diod Zener mengekalkan voltan keluaran yang stabil tanpa mengira voltan input dengan syarat arus zener maksimum tidak dilampaui.
Apabila disambungkan dalam bias ke hadapan, diod zener berkelakuan sama seperti diod silikon biasa. Ia berlaku dengan penurunan voltan 0.7v yang sama yang menyertai penggunaan diod biasa.
Keadaan operasi lalai diod zener berada di kawasan pemecahan (bias terbalik). Ia bermaksud ia mula berfungsi apabila voltan yang dikenakan lebih tinggi daripada Voltan Zener secara bias terbalik.
Diod zener kebanyakan digunakan dalam aplikasi yang melibatkan, pengatur voltan, litar kliping dan pemindah voltan.