Полупроводниковият диод има много "професии". Може да коригира напрежението, да развърже електрически вериги, да предпази оборудването от неправилно захранване. Но има не съвсем обичаен вид "работа" на диода, когато неговото свойство на еднопосочна проводимост се използва много косвено. Полупроводниково устройство, за което нормалният режим е обратно отклонение, се нарича ценеров диод.
Съдържание
Какво е ценеров диод, къде се използва и какви са
Ценеров диод или ценеров диод (наречен на американски учен, който пръв изследва и описва свойствата на това полупроводниково устройство) е конвенционален диод с p-n преход.Неговата характеристика е работа в участъка на характеристиката с отрицателно отклонение, тоест когато напрежението се прилага в обратна полярност. Такъв диод се използва като независим стабилизатор, който поддържа постоянно напрежение на потребителя, независимо от промените в тока на натоварване и колебанията във входното напрежение. Също така възлите на ценерови диоди се използват като източници на еталонно напрежение за други стабилизатори с развита схема. По-рядко се използва обратен диод като импулсен оформящ елемент или предпазител от пренапрежение.
Има конвенционални ценерови диоди и двуанодни. Двуаноден ценеров диод е два диода, свързани обратно в един корпус. Тя може да бъде заменена от две отделни устройства, включително и по съответната схема.
Волт-амперна характеристика на ценеровия диод и неговия принцип на действие
За да се разбере принципът на действие на ценеровия диод, е необходимо да се проучи неговата типична характеристика на ток-напрежение (CVC).
Ако се приложи напрежение към ценера в посока напред, като към конвенционален диод, тогава той ще се държи като конвенционален диод. При напрежение от около 0,6 V (за силициево устройство) той ще се отвори и ще влезе в линейния участък на I-V характеристиката. По темата на статията поведението на ценеровия диод е по-интересно, когато се приложи напрежение с обратна полярност (отрицателен клон на характеристиката). Първо, съпротивлението му ще се увеличи рязко и устройството ще спре да пропуска ток. Но когато се достигне определена стойност на напрежението, ще настъпи рязко увеличаване на тока, наречено пробив. Има лавинообразен характер и изчезва след изключване на захранването.Ако продължите да увеличавате обратното напрежение, тогава p-n преходът ще започне да се нагрява и ще влезе в режим на термичен разбив. Термичният разбив е необратим и означава повреда на ценеровия диод, така че не трябва да поставяте диода в този режим.
Интересна област на работа на полупроводниково устройство в режим на лавинен пробив. Формата му е близка до линейна и има висока стръмност. Това означава, че при голяма промяна в тока (ΔI), промяната в спада на напрежението в ценеровия диод е относително малка (ΔU). И това е стабилизация.
Това поведение при прилагане на обратно напрежение е типично за всеки диод. Но особеността на ценеровия диод е, че неговите параметри в този раздел на CVC са нормализирани. Неговото стабилизиращо напрежение и наклон са дадени (с определен размах) и са важни параметри, които определят пригодността на устройството във веригата. Можете да ги намерите в справочниците. Като ценерови диоди могат да се използват и обикновени диоди - ако им махнеш CVC и сред тях има подходяща характеристика. Но това е дълъг, трудоемък процес с негарантиран резултат.
Основните характеристики на ценеровия диод
За да изберете Zener диод за съществуващи цели, трябва да знаете няколко важни параметъра. Тези характеристики ще определят пригодността на избраното устройство за решаване на задачите.
Номинално стабилизиращо напрежение
Първият параметър на ценера, на който трябва да обърнете внимание при избора, е стабилизиращото напрежение, което се определя от началната точка на лавината. Започва с избора на устройство за използване във веригата.За различни екземпляри на обикновени ценерови диоди, дори от един и същи тип, напрежението има разпределение в района на няколко процента, при прецизните разликата е по-малка. Ако номиналното напрежение е неизвестно, то може да се определи чрез сглобяване на проста схема. Трябва да подготвите:
- баластен резистор 1 ... 3 kOhm;
- регулируем източник на напрежение;
- волтметър (можете да използвате тестер).
Необходимо е да се повиши напрежението на източника на захранване от нула, като се контролира нарастването на напрежението на ценеровия диод с помощта на волтметър. В даден момент той ще спре, въпреки по-нататъшното увеличаване на входното напрежение. Това е действителното стабилизиращо напрежение. Ако няма регулиран източник, можете да използвате захранване с постоянно изходно напрежение, очевидно по-високо от Ustabilization. Схемата и принципът на измерване остават същите. Но съществува риск от повреда на полупроводниковото устройство поради превишението на работния ток.
Ценеровите диоди се използват за работа с напрежения от 2 ... 3 V до 200 V. За формиране на стабилно напрежение под този диапазон се използват други устройства - стабистори, работещи в директния участък на CVC.
Обхват на работния ток
Токът, при който ценеровите диоди изпълняват своята функция, е ограничен отгоре и отдолу. Отдолу той е ограничен от началото на линейния участък на обратния клон на CVC. При по-ниски токове характеристиката не осигурява режим на постоянно напрежение.
Горната стойност е ограничена от максималното разсейване на мощността, на което е способно едно полупроводниково устройство и зависи от неговия дизайн. Ценеровите диоди в метален корпус са предназначени за по-голям ток, но не забравяйте за използването на радиатори.Без тях максимално допустимата мощност на разсейване ще бъде значително по-малка.
Диференциално съпротивление
Друг параметър, който определя работата на ценеровия диод, е диференциалното съпротивление Rst. Дефинира се като съотношението на промяната на напрежението ΔU към текущата промяна ΔI, която го е причинила. Тази стойност има измерението на съпротивлението и се измерва в ома. Графично това е тангенсът на наклона на работния участък на характеристиката. Очевидно, колкото по-ниско е съпротивлението, толкова по-добро е качеството на стабилизацията. За идеален (несъществуващ на практика) ценеров диод Rst е равен на нула - всяко увеличение на тока няма да причини никаква промяна в напрежението, а I-V характеристиката ще бъде успоредна на оста y.
Маркировка на Zener диод
Домашните и вносните ценерови диоди в метален корпус са маркирани просто и ясно. Те са маркирани с името на устройството и местоположението на анода и катода под формата на схематично обозначение.
Устройствата в пластмасов корпус са маркирани с пръстени и точки в различни цветове от страната на катода и анода. По цвета и комбинацията от знаци можете да определите вида на устройството, но за това трябва да погледнете в справочниците или да използвате програми за калкулатор. И двете могат да бъдат намерени в интернет.
Понякога се прилага стабилизиращо напрежение към ценерови диоди с ниска мощност.
Ценеров диод комутационни вериги
Основната верига за включване на ценеров диод е последователно с резистор, който задава тока през полупроводниковото устройство и поема излишното напрежение. Двата елемента правят общ делител. Когато входното напрежение се промени, спадът през ценеровия диод остава постоянен, докато спадът през резистора се променя.
Такава схема може да се използва независимо и се нарича параметричен стабилизатор. Той поддържа напрежението при натоварване постоянно, въпреки колебанията на входното напрежение или изтегления ток (в определени граници). Подобен блок се използва и като спомагателна верига, където е необходим източник на референтно напрежение.
Такова включване се използва и като защита на чувствително оборудване (датчици и др.) от необичайно възникване на високо напрежение в захранващата или измервателната линия (постоянни или случайни импулси). Всичко над стабилизиращото напрежение на полупроводниковото устройство се „отрязва“. Такава схема се нарича "ценерова бариера".
Преди това свойството на ценеровия диод да „отрязва“ пиковете на напрежението беше широко използвано във веригите за формиране на импулси. В вериги с променлив ток са използвани двуанодни устройства.
Но с развитието на транзисторната технология и появата на интегрални схеми този принцип се използва рядко.
Ако под ръка няма ценеров диод за желаното напрежение, той може да бъде съставен от два. Общото стабилизиращо напрежение ще бъде равно на сумата от двете напрежения.
Важно! Не свързвайте ценерови диоди паралелно, за да увеличите работния ток! Разпространението на характеристиките на тока-напрежение ще доведе до изхода на един ценеров диод в зоната на термичен пробив, след което вторият ще се провали поради превишението на тока на натоварване.
Въпреки че в техническата документация от времето на СССР е разрешено успоредно включване ценери успоредно, но с уговорката, че устройствата трябва да са от един и същи тип и общата действителна мощност на разсейване по време на работа не трябва да надвишава допустимата за единичен ценеров диод. Тоест при това условие не може да се постигне увеличение на работния ток.
За увеличаване на допустимия ток на натоварване се използва друга схема. Параметричният стабилизатор е допълнен с транзистор, а емитерният последовател се получава с натоварване във веригата на емитера и стабилна базово напрежение на транзистора.
В този случай изходното напрежение на стабилизатора ще бъде по-малко от стабилизацията от размера на падането на напрежението в емитерния възел - за силициев транзистор, около 0,6 V. За да компенсирате това намаление, можете да включите диод последователно с ценеровия диод в посока напред.
По този начин (чрез включване на един или повече диода) можете да регулирате изходното напрежение на стабилизатора нагоре в малък диапазон. Ако трябва радикално да увеличите Uout, по-добре е да включите още един ценеров диод последователно.
Обхватът на ценеровия диод в електронните схеми е широк. С съзнателен подход към избора, това полупроводниково устройство ще помогне за решаването на много проблеми, възложени на разработчика.
Подобни статии:
