Zenerova dioda je polovodičová dioda určená ke stabilizaci úrovně napětí v obvodu. K tomuto účelu se používají zařízení, která mají úsek na charakteristice proud-napětí se slabou závislostí napětí na procházejícím proudu. Tato oblast je způsobena elektrickou poruchou pn-přechod při rozsvícení diody v opačném směru. Proudově-napěťová charakteristika zenerovy diody má tvar znázorněný na Obr. 4.9, а. Obdobnou proudově-napěťovou charakteristiku mají slitinové diody se základnou z polovodičového materiálu s nízkým odporem. V tomto případě je síla elektrického pole v pn-Přechod zenerovy diody je výrazně vyšší než u konvenčních diod. Při relativně malých zpětných napětích v pn-přechodu vzniká silné elektrické pole způsobující jeho elektrický průraz. Napětí, při kterém dochází k lavinovému průrazu, závisí na měrném odporu polovodičového materiálu. Se zvyšujícím se odporem se zvyšuje lavinové průrazné napětí. Protože křemíkové diody mají nižší hodnotu zpětného proudu a jsou odolnější vůči tepelnému průrazu než germaniové diody, používají se jako zenerovy diody pouze křemíkové diody. Rýže. 4.9. Voltampérové charakteristiky (а) a design trupu (б) zenerova dioda Hlavní elektrické parametry zenerovy diody jsou (jejich typické hodnoty jsou uvedeny v závorkách): – stabilizační napětí Uumění. – pokles napětí na zenerově diodě při protékání daného stabilizačního proudu (několik voltů – stovek voltů); – stabilizační proud Iumění. – jmenovitá hodnota proudu protékajícího zenerovou diodou, která určuje stabilizační napětí (několik mA – několik A); – kolísání stabilizačního napětí Ucт když protéká daný stabilizační proud (několik jednotek procent); – rozdíl nebo dynamický odpor rumění., která je určena při dané hodnotě stabilizačního proudu v průrazném úseku jako . (4.14) Diferenční odpor určuje strmost zpětné větve voltampérové charakteristiky zenerovy diody. Velikost rumění. rozsahy od 1 do 1000 ohmů; – teplotní koeficient stabilizačního napětí TKUumění. – relativní změna stabilizačního napětí Uumění. / Uumění. ke změně okolní teploty o Т, tj. při změně okolní teploty o jeden stupeň při konstantní hodnotě stabilizačního proudu (plus – mínus setiny – tisíciny procenta na stupeň): , [%/deg]. (4.15) Kromě toho jsou pro zenerovy diody následující maximální přípustné parametry: – maximální přípustný stabilizační proud v teplotním rozsahu IUmění. Max (desítky mA – jednotky A); – minimální stabilizační proud v teplotním rozsahu IUmění. min (od 1 – 3 mA); – maximální přípustný výkon v rozsahu okolní teploty Рмакс (od několika miliwattů do několika wattů); – celkový tepelný odpor zenerovy diody RTn-s, tj. tepelný odpor přechodu-médium: [ o C/W], (4.16) kde Тс, Тn – teplota média, resp. Rozptýlit se RTn-s se pohybuje v desítkách až stovkách stupňů na watt. Při dosažení napětí na zenerově diodě se nazývá stabilizační napětí Upahýl, proud zenerovou diodou prudce vzroste. Diferenční odpor rumění. ideální zenerovy diody v této sekci má charakteristika proud-napětí tendenci k 0, u skutečných zařízení hodnota rumění. tvoří hodnotu rumění. 2 – 50 Ohm. Hlavním účelem zenerovy diody je stabilizovat napětí na zátěži, když se změní napětí ve vnějším obvodu. V tomto ohledu je se zenerovou diodou zapojen zatěžovací odpor, který tlumí změnu vnějšího napětí. Zenerova dioda se proto také nazývá referenční dioda. Stabilizační napětí Upahýl závisí na fyzikálním mechanismu, který způsobuje prudkou závislost proudu na napětí. Za tuto závislost proudu na napětí jsou zodpovědné dva fyzikální mechanismy – lavina a průraz tunelu p–n-přechod. U zenerových diod s tunelovým průrazným mechanismem stabilizační napětí Upahýl je malý a dosahuje méně než 5 voltů: Upahýl 5 V. U zenerových diod s mechanismem lavinového průrazu je stabilizační napětí obvykle velké a dosahuje více než 8 voltů: Upahýl > 8 V. Na Obr. Obrázek 4.10 ukazuje nejjednodušší obvod pro stabilizaci stejnosměrného napětí na zenerově diodě. Tento obvod stabilizuje napětí jak při změně vstupního napětí, tak při změně odporu zátěže. Rýže. 4.10. Obvod pro připojení polovodičové zenerovy diody k obvodu stabilizace napětí zátěže. Se zvyšujícím se vstupním napětím roste proud zenerovy diody a tím i zpětný proud Iо a pokles napětí na omezujícím odporu Rzlobr. Přírůstek napětí Uin и IоRzlobr jsou vzájemně kompenzovány, takže stabilizační napětí zůstává stejné. Hodnotu mezního odporu lze určit vzorcem , (4.17) kde Iн – proud protékající odporem zátěže. Přímá větev proudově-napěťové charakteristiky křemíkových diod včetně zenerových diod má strmý nárůst, proto lze pro stabilizaci nízkých napětí (asi 0,8 – 1,5 V) použít křemíkové diody zapojené v propustném směru. Taková zařízení se nazývají stabilizátory. Domácí průmysl vyrábí křemíkové zenerovy diody pro stabilizační napětí od 5 do 300 V se stabilizačním proudem od 0,1 mA do 2 A a se ztrátovým výkonem od 0,15 do 50 W. Na Obr. Obrázek 4.11 ukazuje závislosti diferenciálních parametrů různých zenerových diod na propustném proudu a teplotě. Rýže. 4.11. Diferenciální parametry různých zenerových diod: a – závislost diferenciálního odporu na propustném proudu; b – závislost změny stabilizačního napětí na teplotě; в – závislost rozdílového odporu na propustném proudu Jak vyplývá z uvedených údajů, hodnota rozdílového odporu u zenerových diod je nepřímo úměrná stabilizačnímu proudu a při provozních proudových parametrech činí desítky ohmů. Přesnost stabilizačního napětí je v řádu desítek milivoltů ve standardním teplotním rozsahu.
01.05.2022. 12.21. 5 700486 MB XNUMX Průvodce studiem XNUMX.doc
01.05.2022. 12.39. 2 700487 MB XNUMX Průvodce studiem XNUMX.doc
01.05.2022. 12.5. 20 700488 MB XNUMX Průvodce studiem XNUMX.doc
01.05.2022. 12.64. 5 700489 MB XNUMX Průvodce studiem XNUMX.doc
01.05.2022/314.88/1 70049 Kb XNUMX Studijní příručka XNUMX.doc
01.05.2022. 12.67. 18 700490 MB XNUMX Průvodce studiem XNUMX.doc
01.05.2022. 13.23. 10 700491 MB XNUMX Průvodce studiem XNUMX.doc
01.05.2022. 13.66. 11 700492 MB XNUMX Průvodce studiem XNUMX.doc
01.05.2022. 13.7. 1 700493 MB XNUMX Průvodce studiem XNUMX.doc
01.05.2022. 13.9. 18 700494 MB XNUMX Průvodce studiem XNUMX.doc
01.05.2022. 14.31. 3 700495 MB XNUMX Průvodce studiem XNUMX.doc
Chcete-li pokračovat ve stahování, musíte předat captcha:
Definice Zenerovy diody
Zenerova dioda je speciální dioda, která pracuje v průrazném režimu. Po dosažení průrazného napětí se zpětný proud zenerovou diodou prudce zvýší. Rozdílový odpor v oblasti průrazu (poměr změny proudu ke změně napětí, která tuto změnu způsobila) je několik až stovky ohmů. Pokud je vnější odpor obvodu výrazně větší než dynamický odpor zenerovy diody, pak je dosaženo efektu stabilizace napětí. V mezinárodní praxi se zenerova dioda nazývá Zenerova dioda.
Symbol pro zenerovu diodu je znázorněn na obrázku ZD.1.
Funkční účel zenerovy diody
Zenerovy diody se používají v následujících aplikacích:
– stabilizátory napětí a zdroje referenčního napětí;
– obvody posunu úrovně napětí.
Typy Zenerových diod
Polovodičové zenerovy diody jsou rozděleny do několika podtříd:
– nízkovýkonové zenerovy diody (méně než 1 W);
– výkonové zenerovy diody (1-5 W a více);
– přesné zenerovy diody (teplotně kompenzované zenerovy diody a zenerovy diody se skrytou strukturou);
– supresory (TVS diody) – specializované vysokorychlostní a výkonné zenerovy diody určené pro přepěťovou ochranu.
Proudově-napěťová charakteristika zenerovy diody
Na rozdíl od diody je hlavní pracovní oblast zenerovy diody v oblasti průrazu (kam nelze vložit konvenční diodu) – obrázek ZD.2. Základní zapojení parametrického regulátoru napětí pomocí zenerovy diody je na obrázku ZD.3.
Základní parametry zenerových diod
1. Stabilizační napětí (jmenovité Zenerovo napětí nebo napětí regulátoru) VZ – napětí odpovídající průraznému napětí zpětné větve zenerovy diody. Indikováno při určitém proudu IZT.
2. Maximální ztrátový výkon (Power Dissipation) Pd – určuje velikost krystalu a design pouzdra.
V režimu průrazu zenerova dioda uvolňuje energii rovnající se součinu průrazného napětí, nazývaného stabilizační napětí VZ a zpětný proud, který jím protéká vlivem tohoto napětí IZT:
Maximální přípustná hodnota PVS nazývá se maximální výkon zenerovy diody PVS_max. Maximální ztrátový výkon závisí na okolní teplotě – s rostoucí teplotou klesá (tyto závislosti jsou uvedeny v referenčních listech).
3. Maximální Zenerův proud IZM – určeno na základě stabilizačního napětí a ztrátového výkonu:
Pulzní proud zenerovou diodou může výrazně překročit stacionární hodnotu. Datové listy obvykle poskytují údaje o maximální hodnotě pulzního proudu v závislosti na době trvání pulzu. Někdy datové listy uvádějí hodnotu zkušebního proudu IZT při kterém se jmenovité stabilizační napětí V skutečně měříZ.
4. Diferenční odpor zenerovy diody (Zenerova impedance) ZZ je poměr přírůstku napětí v průrazném režimu k přírůstku proudu v bodě s daným (obvykle jmenovitým) stabilizačním proudem. Určuje „stabilizační nestabilitu“ napětí jako funkci proudu. V referenčních listech se dynamický odpor obvykle udává při jmenovitém (někdy maximálním – maximální dynamická impedance) proudu a při nízkém proudu (na začátku větve průrazného režimu). S rostoucím proudem dynamický odpor prudce klesá. Datové listy uvádějí dvě hodnoty impedance: ZZT – impedance při zkušebním proudu (zkušební proud IZT) a jáZK – impedance při určité hodnotě proudu výrazně menší než IZT a odpovídající inflexní bod charakteristiky proud-napětí (maximální dynamická kolenní impedance). Koleno – koleno.
5. Kapacita Zenerovy diody v režimu zpětného předpětí. V oblasti nízkých hodnot stabilizačních napětí a malých zpětných předpětí může dosahovat významných hodnot stovek pikofaradů, které je třeba vzít v úvahu při návrhu dynamických obvodů omezujících napětí.
6. Maximální rázový proud IZM – maximální pulzní neperiodický proud zenerovy diody určený ztrátovou energií krystalu. Indikováno pro danou dobu trvání pulzu.
7. Maximální zpětný svodový proud IR – proud protékající zenerovou diodou při určitém zpětném napětí VR nepřekračující stabilizační napětí (obvykle je svodový proud při V uveden v referenčních listechRtvoří asi 70 % VZ).
8. Dopředné napětí VF – pokles napětí s propustným proudem zenerovou diodou (v režimu diody). Je indikován při určité hodnotě proudu a obvykle je řádově 1,2-1,5 V.
9. Teplotní koeficient – ukazuje relativní změnu stabilizačního napětí se změnou teploty %/°C.
10. Regulace maximálního napětí ΔVZ– rozsah napětí odpovídající šířce charakteristiky proud-napětí v oblasti stabilizačního úseku. Tedy jak moc se změní napětí na zenerově diodě, když se proud změní z hodnoty odpovídající začátku průrazu na maximální hodnotu.
9. Tepelný odporový spoj s okolním RθJA – tepelný odpor mezi krystalem zenerovy diody a okolím. Záleží na délce vývodů zenerovy diody. Čím blíže k desce, tím lépe.
10. Přesnost, charakterizující rozptyl stabilizačního napětí.
Sériové zapojení zenerových diod
Používá se sériové zapojení zenerových diod stejné řady:
– za účelem zvýšení stabilizačního napětí;
– za účelem zvýšení maximálního stabilizačního výkonu.
Sériové zapojení zenerových diod stejné řady je tradiční způsob, jak zvýšit provozní napětí a získat stabilizační napětí s hodnocením odlišným od jmenovitých hodnot komerčně vyráběných zenerových diod.
Paralelní zapojení zenerových diod se nepoužívá kvůli nesouladu charakteristik proud-napětí během provozu.
