Χαρακτηριστικά διάσπασης διόδων Zener

Το σύμβολο για μια δίοδο zener φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Αντί για μια ευθεία γραμμή που αντιπροσωπεύει την κάθοδο, η δίοδος zener έχει μια λυγισμένη γραμμή που σας θυμίζει το γράμμα Z (για zener). Μια δίοδος zener είναι μια συσκευή σύνδεσης πυριτίου pn που έχει σχεδιαστεί για λειτουργία στην περιοχή αντίστροφης διάσπασης. Η τάση διάσπασης μιας διόδου zener ρυθμίζεται ελέγχοντας προσεκτικά το επίπεδο ντόπινγκ κατά την κατασκευή. Από τη συζήτηση της χαρακτηριστικής καμπύλης της διόδου σε προηγούμενο άρθρο, ότι όταν μια δίοδος φτάσει σε αντίστροφη διάσπαση, η τάση της παραμένει σχεδόν σταθερή παρόλο που το ρεύμα αλλάζει δραστικά, και αυτό είναι το κλειδί για τη λειτουργία της διόδου zener. Αυτό το χαρακτηριστικό βολτ-αμπέρ εμφανίζεται ξανά στο παρακάτω σχήμα με την κανονική περιοχή λειτουργίας για τις διόδους zener να εμφανίζεται ως σκιασμένη περιοχή. Χρήση Zener Οι δίοδοι Zener έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν με αντίστροφη διάσπαση. Δύο τύποι αντίστροφης διάσπασης σε μια δίοδο zener είναι η χιονοστιβάδα και η zener. Το φαινόμενο της χιονοστιβάδας εμφανίζεται τόσο στις διόδους ανορθωτή όσο και στις διόδους zener σε αρκετά υψηλή αντίστροφη τάση. Η διάσπαση του Zener συμβαίνει σε μια δίοδο zener σε χαμηλές αντίστροφες τάσεις. Μια δίοδος zener είναι πολύ ντοπαρισμένη για να μειώσει την τάση διάσπασης. Αυτό προκαλεί μια πολύ λεπτή περιοχή εξάντλησης. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει ένα έντονο ηλεκτρικό πεδίο στην περιοχή εξάντλησης. Κοντά στην τάση διάσπασης zener (V), το πεδίο είναι αρκετά έντονο για να τραβήξει ηλεκτρόνια από τις ζώνες σθένους τους και να δημιουργήσει ρεύμα. Οι δίοδοι Zener με τάσεις διάσπασης μικρότερες από περίπου 5 V λειτουργούν κυρίως σε διάσπαση zener. Εκείνα με τάσεις διάσπασης μεγαλύτερες από περίπου 5 V λειτουργούν κυρίως σε διάσπαση χιονοστιβάδων. Και οι δύο τύποι, ωστόσο, ονομάζονται δίοδοι zener. Τα Zeners διατίθενται στο εμπόριο με τάσεις διάσπασης από λιγότερο από 1 V σε περισσότερο από 250 V με καθορισμένες ανοχές από 1% έως 20%. Χαρακτηριστικά διάσπασης Zener Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται το αντίστροφο τμήμα της χαρακτηριστικής καμπύλης μιας διόδου zener. Παρατηρήστε ότι καθώς αυξάνεται η αντίστροφη τάση (VR), το αντίστροφο ρεύμα (IR) παραμένει εξαιρετικά μικρό μέχρι το «γόνατο» της καμπύλης. Το αντίστροφο ρεύμα ονομάζεται επίσης ρεύμα zener, IZ. Σε αυτό το σημείο, αρχίζει το φαινόμενο της ανάλυσης. η εσωτερική αντίσταση zener, που ονομάζεται επίσης αντίσταση zener (ZZ), αρχίζει να μειώνεται καθώς το αντίστροφο ρεύμα αυξάνεται γρήγορα. Από το κάτω μέρος του γόνατος, η τάση διάσπασης zener (VZ) παραμένει ουσιαστικά σταθερή αν και αυξάνεται ελαφρά καθώς αυξάνεται το ρεύμα zener, IZ. Εικόνα: Αντίστροφο χαρακτηριστικό μιας διόδου zener. Το VZ καθορίζεται συνήθως σε μια τιμή του ρεύματος zener που είναι γνωστή ως ρεύμα δοκιμής. Κανονισμός Zener Η δυνατότητα να διατηρείται η αντίστροφη τάση στους ακροδέκτες της ουσιαστικά σταθερή είναι το βασικό χαρακτηριστικό της διόδου zener. Μια δίοδος zener που λειτουργεί σε βλάβη λειτουργεί ως ρυθμιστής τάσης επειδή διατηρεί μια σχεδόν σταθερή τάση στους ακροδέκτες της σε ένα καθορισμένο εύρος τιμών αντίστροφου ρεύματος. Πρέπει να διατηρείται μια ελάχιστη τιμή αντίστροφου ρεύματος, IZK, για να διατηρείται η δίοδος σε βλάβη για ρύθμιση τάσης. Μπορείτε να δείτε στην καμπύλη στο Πάνω Σχήμα ότι όταν το αντίστροφο ρεύμα μειωθεί κάτω από το γόνατο της καμπύλης, η τάση μειώνεται δραστικά και η ρύθμιση χάνεται. Επίσης, υπάρχει ένα μέγιστο ρεύμα, IZM, πάνω από το οποίο μπορεί να καταστραφεί η δίοδος λόγω υπερβολικής διαρροής ισχύος. Έτσι, βασικά, η δίοδος zener διατηρεί μια σχεδόν σταθερή τάση στους ακροδέκτες της για τιμές αντίστροφου ρεύματος που κυμαίνονται από IZK έως IZM. Μια ονομαστική τάση zener, VZ, καθορίζεται συνήθως σε ένα φύλλο δεδομένων σε μια τιμή αντίστροφου ρεύματος που ονομάζεται ρεύμα δοκιμής zener. Ισοδύναμα κυκλώματα Zener Το παρακάτω σχήμα δείχνει το ιδανικό μοντέλο (πρώτη προσέγγιση) μιας διόδου zener σε αντίστροφη διάσπαση και την ιδανική χαρακτηριστική καμπύλη της. Έχει σταθερή πτώση τάσης ίση με την ονομαστική τάση zener. Αυτή η σταθερή πτώση τάσης στη δίοδο zener που παράγεται με αντίστροφη διάσπαση αντιπροσωπεύεται από ένα σύμβολο τάσης dc, παρόλο που η δίοδος zener δεν παράγει τάση. Εικόνα: Ιδανικό μοντέλο ισοδύναμου κυκλώματος διόδου zener και χαρακτηριστική καμπύλη. Το παρακάτω σχήμα (α) αντιπροσωπεύει το πρακτικό μοντέλο (δεύτερη προσέγγιση) μιας διόδου zener, όπου περιλαμβάνεται η σύνθετη αντίσταση zener (αντίσταση), ZZ. Δεδομένου ότι η πραγματική καμπύλη τάσης δεν είναι ιδανικά κάθετη, μια αλλαγή στο ρεύμα zener (ΔIZ) προκαλεί μια μικρή αλλαγή στην τάση zener (ΔVZ), όπως απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα (β). Σύμφωνα με τον νόμο του Ohm, ο λόγος ΔVZ προς ΔIZ είναι η σύνθετη αντίσταση, όπως εκφράζεται στην ακόλουθη εξίσωση: Κανονικά, το ZZ καθορίζεται στο ρεύμα δοκιμής zener. Στις περισσότερες περιπτώσεις, μπορείτε να υποθέσετε ότι το ZZ είναι μια μικρή σταθερά σε όλο το εύρος τιμών ρεύματος zener και είναι καθαρά αντίσταση. Είναι καλύτερο να αποφύγετε τη λειτουργία μιας διόδου zener κοντά στο γόνατο της καμπύλης επειδή η σύνθετη αντίσταση αλλάζει δραματικά σε εκείνη την περιοχή. Εικ. Πρακτικό κύκλωμα ισοδύναμου διόδου zener και η χαρακτηριστική καμπύλη που απεικονίζει το ZZ. Για τις περισσότερες εργασίες ανάλυσης και αντιμετώπισης προβλημάτων, το ιδανικό μοντέλο θα δώσει πολύ καλά αποτελέσματα και είναι πολύ πιο εύκολο στη χρήση από τα πιο περίπλοκα μοντέλα. Όταν μια δίοδος zener λειτουργεί κανονικά, θα είναι σε αντίστροφη διάσπαση και θα πρέπει να παρατηρήσετε την ονομαστική τάση διάσπασης σε αυτήν. Τα περισσότερα σχήματα θα δείξουν στο σχέδιο ποια πρέπει να είναι αυτή η τάση. Μια σημαντική εφαρμογή για τις διόδους zener είναι ως ένας τύπος ρυθμιστή τάσης για την παροχή σταθερών τάσεων αναφοράς για χρήση σε τροφοδοτικά, βολτόμετρα και άλλα όργανα. Τάση διάσπασης διόδων Zener Υπάρχουν δύο διαφορετικοί μηχανισμοί λόγω των οποίων μπορεί να συμβεί βλάβη στη δίοδο zener. Δίνονται παρακάτω Ανάλυση Zener Ανάλυση χιονοστιβάδας Οι διαφορετικές αναλύσεις συνήθως διαφοροποιούνται με βάση τη συγκέντρωση ντόπινγκ. Όταν ο σύνδεσμος PN είναι πολύ ντοπαρισμένος, η διάσπαση zener συμβαίνει ενώ η διάσπαση χιονοστιβάδας συμβαίνει μόνο όταν η διασταύρωση PN είναι πολύ ελαφρά ντοπαρισμένη. 1. Διάσπαση Zener: Η διάσπαση Zener συμβαίνει όταν η αντίστροφη τάση πόλωσης σε έναν κόμβο pn είναι αρκετά υψηλή, έτσι ώστε το ηλεκτρικό πεδίο που προκύπτει στη διασταύρωση ασκεί μεγάλη δύναμη σε ένα δεσμευμένο ηλεκτρόνιο για να το αποσπάσει από το ομοιοπολικό του όριο. Έτσι, μια άμεση ρήξη των ομοιοπολικών ορίων παράγει ένα μεγάλο αριθμό ζευγών ηλεκτρονίων-οπών, αυξάνοντας έτσι το αντίστροφο ρεύμα. Αυτή η διαδικασία αναφέρεται ως διάσπαση Zener. Δεδομένου ότι η τάση διάσπασης μειώνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία της διασταύρωσης, είναι αρνητικοί συντελεστές θερμοκρασίας. 2. Καταστροφή χιονοστιβάδας: Ένας θερμικά παραγόμενος φορέας πέφτει κάτω από το φράγμα διασταύρωσης και αποκτά ενέργεια από το εφαρμοζόμενο δυναμικό. Αυτός ο φορέας συγκρούεται με ένα κρυσταλλικό ιόν και μεταδίδει αρκετή ενέργεια για να διαταράξει έναν ομοιοπολικό δεσμό. Επιπλέον με τον αρχικό φορέα, δημιουργήθηκε ένα νέο ζεύγος οπών ηλεκτρονίων. Αυτοί οι φορείς μπορούν επίσης να πάρουν αρκετή ενέργεια από το εφαρμοζόμενο πεδίο, να συγκρουστούν με ένα άλλο κρυσταλλικό ιόν και να δημιουργήσουν ακόμη ένα άλλο ζεύγος ηλεκτρονίων-οπών. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως πολλαπλασιασμός χιονοστιβάδων. Σε αυτό η τάση διάσπασης αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Οι δίοδοι zener έχουν εύρος τάσης διάσπασης από 3V έως 200 V. Εφαρμογές διόδων Zener Οι διάφορες εφαρμογές της διόδου zener είναι, Σε διάφορα κυκλώματα προστασίας. Στους περιοριστές zener, δηλαδή, κυκλώματα αποκοπής που χρησιμοποιούνται για να αποκόψουν το ανεπιθύμητο τμήμα της κυματομορφής τάσης. Ως στοιχείο ρύθμισης τάσης σε ρυθμιστές τάσης.

Αφήστε μήνυμα 

Λίστα μηνυμάτων