Un díode semiconductor té moltes "professions". Pot rectificar la tensió, deslligar circuits elèctrics, protegir l'equip d'una font d'alimentació incorrecta. Però hi ha un tipus de "treball" poc habitual del díode, quan la seva propietat de conducció unidireccional s'utilitza de manera molt indirecta. Un dispositiu semiconductor per al qual el mode normal és polarització inversa s'anomena díode zener.
Contingut
Què és un díode zener, on s'utilitza i què són
Un díode Zener, o un díode Zener (anomenat després d'un científic nord-americà que va ser el primer a estudiar i descriure les propietats d'aquest dispositiu semiconductor), és un díode convencional amb una unió p-n.La seva característica és treballar en la secció de la característica amb polaritat negativa, és a dir, quan la tensió s'aplica en polaritat inversa. Aquest díode s'utilitza com a estabilitzador independent que manté constant la tensió del consumidor, independentment dels canvis en el corrent de càrrega i les fluctuacions de la tensió d'entrada. A més, els nodes dels díodes zener s'utilitzen com a fonts de tensió de referència per a altres estabilitzadors amb un circuit desenvolupat. Amb menys freqüència, s'utilitza un díode invers com a element de conformació de pols o protector de sobretensions.
Hi ha díodes zener convencionals i de dos ànodes. Un díode zener de dos ànodes són dos díodes connectats esquena a esquena en una carcassa. Es pot substituir per dos dispositius separats, incloent-los segons l'esquema adequat.
Característica volt-ampere del díode zener i el seu principi de funcionament
Per entendre el principi de funcionament d'un díode zener, cal estudiar la seva característica típica de corrent-tensió (CVC).
Si s'aplica una tensió al zener en la direcció cap endavant, com a un díode convencional, es comportarà com un díode convencional. A una tensió d'uns 0,6 V (per a un dispositiu de silici), s'obrirà i entrarà a la secció lineal de la característica I-V. Sobre el tema de l'article, el comportament d'un díode zener és més interessant quan s'aplica una tensió de polaritat inversa (branca negativa de la característica). En primer lloc, la seva resistència augmentarà bruscament i el dispositiu deixarà de passar corrent. Però quan s'assoleix un determinat valor de tensió, es produirà un fort augment del corrent, anomenat avaria. Té un caràcter d'allau i desapareix després d'eliminar el poder.Si continueu augmentant la tensió inversa, la unió p-n començarà a escalfar-se i entrarà en el mode de ruptura tèrmica. La ruptura tèrmica és irreversible i significa la fallada del díode zener, per la qual cosa no hauríeu de posar el díode en aquest mode.
Una interessant àrea d'operació d'un dispositiu semiconductor en mode d'avaria d'allau. La seva forma és propera a la lineal, i té una gran pendent. Això significa que amb un gran canvi de corrent (ΔI), el canvi de caiguda de tensió a través del díode zener és relativament petit (ΔU). I això és l'estabilització.
Aquest comportament quan s'aplica una tensió inversa és típic de qualsevol díode. Però la peculiaritat del díode zener és que els seus paràmetres en aquesta secció del CVC estan normalitzats. La seva tensió d'estabilització i pendent es donen (amb una certa dispersió) i són paràmetres importants que determinen la idoneïtat del dispositiu en el circuit. Els podeu trobar en llibres de consulta. Els díodes normals també es poden utilitzar com a díodes zener, si traieu el CVC i entre ells hi ha una característica adequada. Però aquest és un procés llarg i laboriós amb un resultat no garantit.
Les principals característiques del díode zener
Per triar un díode Zener per a finalitats existents, cal conèixer diversos paràmetres importants. Aquestes característiques determinaran la idoneïtat del dispositiu seleccionat per resoldre les tasques.
Tensió nominal d'estabilització
El primer paràmetre del zener, al qual cal parar atenció a l'hora de triar, és la tensió d'estabilització, que es determina pel punt d'inici de la ruptura de l'allau. Comença amb la selecció d'un dispositiu per utilitzar-lo al circuit.Per a diferents instàncies de díodes zener normals, fins i tot del mateix tipus, la tensió té una dispersió en la regió d'uns quants percentatges, per als de precisió la diferència és menor. Si es desconeix la tensió nominal, es pot determinar muntant un circuit senzill. Hauríeu de preparar:
- resistència de balast 1 ... 3 kOhm;
- font de tensió ajustable;
- voltímetre (podeu utilitzar un tester).
Cal augmentar la tensió de la font d'alimentació des de zero, controlant el creixement de la tensió al díode zener mitjançant un voltímetre. En algun moment, s'aturarà, malgrat un nou augment de la tensió d'entrada. Aquesta és la tensió d'estabilització real. Si no hi ha una font regulada, podeu utilitzar una font d'alimentació amb una tensió de sortida constant òbviament superior a la d'Uestabilització. L'esquema i el principi de mesura segueixen sent els mateixos. Però hi ha un risc de fallada del dispositiu semiconductor a causa de l'excés de corrent de funcionament.
Els díodes Zener s'utilitzen per treballar amb tensions des de 2 ... 3 V fins a 200 V. Per formar una tensió estable per sota d'aquest rang, s'utilitzen altres dispositius: estabistors que operen a la secció directa del CVC.
Interval de corrent de funcionament
El corrent al qual els díodes zener fan la seva funció està limitat des de dalt i baix. Des de baix, està limitat pel començament de la secció lineal de la branca inversa del CVC. A corrents més baixes, la característica no proporciona un mode de tensió constant.
El valor superior està limitat per la màxima dissipació de potència de què és capaç un dispositiu semiconductor i depèn del seu disseny. Els díodes Zener en una caixa metàl·lica estan dissenyats per a més corrent, però no us oblideu de l'ús de dissipadors de calor.Sense ells, la potència de dissipació màxima admissible serà significativament menor.
Resistència diferencial
Un altre paràmetre que determina el funcionament del díode zener és la resistència diferencial Rst. Es defineix com la relació entre el canvi de tensió ΔU i el canvi de corrent ΔI que el va provocar. Aquest valor té la dimensió de la resistència i es mesura en ohms. Gràficament, aquesta és la tangent del pendent de la secció de treball de la característica. Òbviament, com més baixa sigui la resistència, millor serà la qualitat d'estabilització. Per a un díode zener ideal (no existent a la pràctica), Rst és igual a zero; qualsevol augment de corrent no provocarà cap canvi de tensió i la secció característica I–V serà paral·lela a l'eix y.
Marcatge díode Zener
Els díodes zener nacionals i importats en una caixa metàl·lica estan marcats de manera senzilla i clara. Estan marcats amb el nom del dispositiu i la ubicació de l'ànode i el càtode en forma d'una designació esquemàtica.
Els dispositius en una caixa de plàstic estan marcats amb anells i punts de diversos colors als costats del càtode i de l'ànode. Pel color i la combinació de caràcters, podeu determinar el tipus de dispositiu, però per això heu de buscar llibres de referència o utilitzar programes de calculadora. Tots dos es poden trobar a Internet.
De vegades s'aplica una tensió d'estabilització als díodes zener de baixa potència.
Circuits de commutació de díodes Zener
El circuit principal per encendre un díode zener està en sèrie amb resistència, que estableix el corrent a través del dispositiu semiconductor i assumeix l'excés de tensió. Els dos elements fan divisor comú. Quan la tensió d'entrada canvia, la caiguda a través del díode zener es manté constant, mentre que la caiguda a través de la resistència canvia.
Aquest circuit es pot utilitzar de manera independent i s'anomena estabilitzador paramètric. Manté constant la tensió a la càrrega, malgrat les fluctuacions en la tensió d'entrada o el corrent consumit (dins de determinats límits). Un bloc similar també s'utilitza com a circuit auxiliar on es necessita una font de tensió de referència.
Aquesta inclusió també s'utilitza com a protecció d'equips sensibles (sensors, etc.) de l'aparició anormal d'alta tensió a la línia d'alimentació o de mesura (impulsos constants o aleatoris). Qualsevol cosa per sobre de la tensió d'estabilització del dispositiu semiconductor es "talla". Aquest esquema s'anomena "barrera Zener".
Anteriorment, la propietat del díode zener de "tallar" els pics de tensió s'utilitzava àmpliament en circuits de forma de pols. Es van utilitzar dispositius de dos ànodes en circuits de corrent altern.
Però amb el desenvolupament de la tecnologia de transistors i l'aparició dels circuits integrats, aquest principi es va utilitzar poques vegades.
Si no hi ha cap díode zener a mà per a la tensió desitjada, pot estar format per dos. La tensió total d'estabilització serà igual a la suma de les dues tensions.
Important! No connecteu els díodes zener en paral·lel per augmentar el corrent de funcionament! La propagació de les característiques de tensió actual conduirà a la sortida d'un díode zener a la zona de ruptura tèrmica, després el segon fallarà a causa de l'excés de corrent de càrrega.
Encara que a la documentació tècnica de l'època de l'URSS està permès paral·lel inclusió zeners en paral·lel, però amb la condició que els dispositius hagin de ser del mateix tipus i que la potència de dissipació real total durant el funcionament no hagi de superar l'admesa per a un únic díode zener. És a dir, no es pot aconseguir un augment del corrent de funcionament en aquesta condició.
Per augmentar el corrent de càrrega admissible, s'utilitza un altre esquema. L'estabilitzador paramètric es complementa amb un transistor i s'obté un seguidor emissor amb una càrrega al circuit emissor i un tensió base del transistor.
En aquest cas, la tensió de sortida de l'estabilitzador serà inferior a l'estabilització per la quantitat de caiguda de tensió a la unió de l'emissor - per a un transistor de silici, uns 0,6 V. Per compensar aquesta disminució, podeu encendre un díode en sèrie amb el díode zener en direcció cap endavant.
D'aquesta manera (activant un o més díodes), podeu ajustar la tensió de sortida de l'estabilitzador cap amunt dins d'un rang petit. Si necessiteu augmentar radicalment Uout, és millor encendre un díode zener més en sèrie.
L'abast del díode zener als circuits electrònics és ampli. Amb un enfocament conscient de l'elecció, aquest dispositiu semiconductor ajudarà a resoldre molts problemes assignats al desenvolupador.
Articles semblants:
