Kuinka Zener-diodi toimii
Zener-diodi tai zener-diodi (puolijohde-zener-diodi) on erityinen diodi, joka toimii vakaassa häiriötilassa pn-liitoksen käänteisesijänniteolosuhteissa. Kunnes tämä rikkoutuminen tapahtuu, zener-diodin läpi kulkee vain hyvin pieni virta, vuotovirta, johtuen suljetun zener-diodin suuresta resistanssista.
Mutta kun vika ilmenee, virta kasvaa välittömästi, koska zenerin erovastus on tässä vaiheessa murto-osista satoihin ohmeihin. Tällä tavalla Zener-diodin yli oleva jännite ylläpidetään erittäin tarkasti suhteellisen laajalla käänteisvirtojen alueella.
Zener-diodia kutsutaan Zener-diodiksi (englanninkielisestä Zener-diodista) tunnelin rikkoutumisen ilmiön ensimmäisenä löytäneen tiedemiehen, amerikkalaisen fyysikon Clarence Melvin Zenerin (1905-1993) kunniaksi.
Zenerin löytämää pn-liitoksen sähköistä hajoamista, joka liittyy tunnelointivaikutukseen, elektronien vuotamiseen ohuen potentiaaliesteen läpi, kutsutaan nykyään zener-ilmiöksi, joka nykyään toimii puolijohde-Zener-diodeissa.
Fyysinen kuva vaikutuksesta on seuraava.P-n-liitoksen käänteisessä biasissa energiakaistat menevät päällekkäin ja elektronit voivat siirtyä p-alueen valenssikaistalta n-alueen johtavuuskaistalle, koska sähkökenttä, tämä lisää vapaiden varauksenkuljettajien määrää ja käänteisvirta kasvaa jyrkästi.
Zener-diodin päätarkoitus on siis tasata jännite. Teollisuus tuottaa puolijohde-zener-diodeja, joiden stabilointijännitteet ovat 1,8 V - 400 V, korkea, keskikokoinen ja pieni teho, jotka eroavat suurimmasta sallitusta käänteisvirrasta.
Tällä perusteella valmistetaan yksinkertaisia jännitteen stabilaattoreita. Kaavioissa zener-diodit on merkitty symbolilla, joka on samanlainen kuin diodisymboli, sillä ainoalla erolla, että zener-diodien katodi on kuvattu kirjaimen "G" muodossa.
Zener-diodit, joissa on piilevä integroitu rakenne, joiden stabilointijännite on noin 7 V, ovat tarkimpia ja stabiileimpia puolijohdejännitereferenssilähteitä: niiden parhaat esimerkit ovat tyypillisesti lähellä normaalia Westonin galvaanista kennoa (elohopeakadmium-referenssigalvaanikenno).
Korkeajännitteiset lumivyörydiodit ("TVS-diodit" ja "vaimentimet"), joita käytetään laajalti kaikenlaisten laitteiden ylijännitesuojapiireissä, kuuluvat erityiseen zener-diodeihin.
Kuten näette, zener-diodi, toisin kuin perinteinen diodi, toimii I - V -ominaisuuden käänteisessä haarassa. Tavallisessa diodissa, jos siihen kytketään käänteinen jännite, vika voi tapahtua jollakin kolmesta tavasta (tai kaikilla kerralla): tunnelin rikkoutuminen, lumivyöryn rikkoutuminen ja vuotovirtojen lämpökuumenemisen aiheuttama rikkoutuminen.
Pii-zener-diodien lämpöhajoaminen ei ole tärkeää, koska ne on suunniteltu niin, että joko tunnelin rikkoutuminen, lumivyöryn rikkoutuminen tai molempien tyyppisten rikkoutuminen tapahtuu samanaikaisesti kauan ennen lämpövauriotrendiä. Sarjan zener-diodit valmistetaan tällä hetkellä enimmäkseen piistä.
Häiriö alle 5 V:n jännitteellä on osoitus Zener-ilmiöstä, yli 5 V:n rikkoutuminen on ilmentymä lumivyörystä. Noin 5 V:n välikatkosjännite johtuu yleensä näiden kahden vaikutuksen yhdistelmästä. Sähkökentän voimakkuus zener-diodin hajoamishetkellä on noin 30 MV / m.
Zener-diodin rikkoutuminen tapahtuu kohtalaisen seostetuissa p-tyypin puolijohteissa ja voimakkaasti seostetuissa n-tyypin puolijohteissa. Liitoksen lämpötilan noustessa Zener-diodin kuoriutuminen vähenee ja lumivyöryjen läpilyöntiosuus kasvaa.
Zener-diodilla on seuraavat tyypilliset ominaisuudet. Vz — stabilointijännite. Dokumentaatio määrittelee tälle parametrille kaksi arvoa: suurin ja pienin stabilointijännite. Iz on pienin stabilointivirta. Zz on zener-diodin vastus. Izk ja Zzk — virta ja dynaaminen vastus tasavirralla. Ir ja Vr ovat suurin vuotovirta ja jännite tietyssä lämpötilassa. Tc on lämpötilakerroin. Izrm - Zener-diodin suurin stabilointivirta.
Zener-diodeja käytetään laajalti itsenäisinä stabilointielementteinä sekä referenssijännitteiden (vertailujännitteiden) lähteinä transistorin stabilaattoreissa.
Pienten vertailujännitteiden saamiseksi Zener-diodit kytketään myös eteenpäin, kuten tavalliset diodit, jolloin yhden zener-diodin stabilointijännite on 0,7 - 0,8 volttia.
Zener-diodin rungon johtama maksimiteho on tyypillisesti välillä 0,125-1 wattia. Tämä riittää pääsääntöisesti suojapiirien normaaliin toimintaan impulssimelua vastaan ja pienitehoisten stabilointilaitteiden rakentamiseen.