ซีเนอร์ไดโอด - มีไว้ทำอะไร?

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-02 14:03

ซีเนอร์ไดโอดเป็นไดโอดสารกึ่งตัวนำที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว ถ้าเซมิคอนดักเตอร์ธรรมดาเป็นฉนวนเมื่อเปิดสวิตช์อีกครั้ง มันจะทำหน้าที่นี้จนกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะเพิ่มขึ้นบางส่วน หลังจากนั้นจะเกิดการพังทลายแบบพลิกกลับได้เหมือนหิมะถล่ม ด้วยการเพิ่มขึ้นของกระแสย้อนกลับที่ไหลผ่านซีเนอร์ไดโอด แรงดันไฟฟ้ายังคงที่เนื่องจากความต้านทานลดลงตามสัดส่วน ด้วยวิธีนี้ เป็นไปได้ที่จะบรรลุโหมดรักษาเสถียรภาพ

ในสถานะปิด กระแสไฟรั่วขนาดเล็กจะผ่านซีเนอร์ไดโอดก่อน องค์ประกอบมีลักษณะเหมือนตัวต้านทานซึ่งมีค่าความต้านทานมาก ในระหว่างการสลาย ความต้านทานของซีเนอร์ไดโอดจะเล็กน้อย หากเราเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตต่อไปองค์ประกอบจะเริ่มร้อนขึ้นและเมื่อกระแสเกินค่าที่อนุญาตจะไม่สามารถย้อนกลับได้การสลายความร้อน หากไม่นำเรื่องนี้ไปใช้ เมื่อแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนจากศูนย์เป็นขีดจำกัดบนของพื้นที่ทำงาน คุณสมบัติของซีเนอร์ไดโอดจะยังคงอยู่

เมื่อเปิดซีเนอร์ไดโอดโดยตรง ลักษณะจะเหมือนกับไดโอด เมื่อเครื่องหมายบวกเชื่อมต่อกับภูมิภาคก่อนหน้า และเครื่องหมายลบเชื่อมต่อกับภูมิภาค n ความต้านทานการเปลี่ยนภาพจะมีขนาดเล็กและกระแสจะไหลผ่านอย่างอิสระ มันเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตเพิ่มขึ้น

ซีเนอร์ไดโอดเป็นไดโอดพิเศษที่เชื่อมต่อส่วนใหญ่ในทิศทางตรงกันข้าม องค์ประกอบอยู่ในสถานะปิดก่อน ในกรณีที่ไฟฟ้าขัดข้อง ไดโอดซีเนอร์แรงดันจะรักษาค่าคงที่ตลอดช่วงกระแสไฟกว้าง

ลบถูกนำไปใช้กับแอโนดและบวกกับแคโทด นอกเหนือจากการรักษาเสถียรภาพ (ด้านล่างจุดที่ 2) จะเกิดความร้อนสูงเกินไปและความน่าจะเป็นของความล้มเหลวขององค์ประกอบเพิ่มขึ้น

คุณสมบัติ

พารามิเตอร์ซีเนอร์มีดังนี้:

• U_st - แรงดันคงที่ที่พิกัดกระแส I_st;
• I_{st min - กระแสไฟฟ้าขัดข้องขั้นต่ำเริ่มต้นในปัจจุบัน}
• I_{st max - กระแสสูงสุดที่อนุญาต;}
• TKN - สัมประสิทธิ์อุณหภูมิ

ต่างจากไดโอดทั่วไป ไดโอดซีเนอร์เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่บริเวณการแยกตัวทางไฟฟ้าและทางความร้อนนั้นค่อนข้างห่างไกลจากลักษณะพิเศษของแรงดันไฟ

สัมพันธ์กับกระแสสูงสุดที่อนุญาตคือพารามิเตอร์ที่มักระบุในตาราง - การกระจายพลังงาน:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

การพึ่งพาอุณหภูมิของซีเนอร์ไดโอดอาจเป็นบวกหรือลบก็ได้ ด้วยการเชื่อมต่อองค์ประกอบในอนุกรมที่มีสัมประสิทธิ์สัญญาณต่างกัน ไดโอดซีเนอร์ที่มีความแม่นยำจึงถูกสร้างขึ้นโดยไม่ขึ้นอยู่กับความร้อนหรือความเย็น

แผนการรวม

วงจรทั่วไปของตัวกันโคลงอย่างง่าย ประกอบด้วยความต้านทานของบัลลาสต์ R_{b และซีเนอร์ไดโอดที่แบ่งโหลด}

ในบางกรณีมีการละเมิดการรักษาเสถียรภาพ

1. ส่งไปยังโคลงของแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่จากแหล่งพลังงานต่อหน้าตัวเก็บประจุกรองที่เอาท์พุท กระแสไฟกระชากขณะชาร์จอาจทำให้ซีเนอร์ไดโอดล้มเหลวหรือทำลายตัวต้านทาน R_b.
2. ปิดโหลด. เมื่อแรงดันไฟฟ้าสูงสุดถูกนำไปใช้กับอินพุต กระแสของซีเนอร์ไดโอดอาจเกินค่าที่อนุญาตซึ่งจะนำไปสู่ความร้อนและการทำลาย ที่นี่เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องสังเกตพื้นที่หนังสือเดินทางที่ทำงานอย่างปลอดภัย
3. ความต้านทาน R_{b ถูกเลือกให้เล็กเพื่อให้แรงดันไฟจ่ายต่ำสุดที่เป็นไปได้และกระแสสูงสุดที่อนุญาตที่โหลด ไดโอดซีเนอร์อยู่ในโซนควบคุมการทำงาน}

วงจรหรือฟิวส์ป้องกันไทริสเตอร์ใช้สำหรับป้องกันตัวกันโคลง

ตัวต้านทาน R_{b คำนวณโดยสูตร:}

R_b=(U_pit - U_nom)(Ist _{+ I}n_).

ปัจจุบันซีเนอร์ไดโอด I_st ถูกเลือกระหว่างค่าสูงสุดและต่ำสุดที่อนุญาต ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าอินพุต U_pit และกระแสโหลด I _n.

ซีเนอร์ซีเล็คชั่น

องค์ประกอบมีแรงดันคงที่ขนาดใหญ่ เพื่อให้ได้ค่าที่แน่นอนของ U_{n ซีเนอร์ไดโอดจะถูกเลือกจากชุดเดียวกัน มีประเภทที่มีช่วงพารามิเตอร์ที่แคบกว่า ด้วยการกระจายพลังงานสูง องค์ประกอบต่างๆ จะถูกติดตั้งบนหม้อน้ำ}

ในการคำนวณพารามิเตอร์ของซีเนอร์ไดโอด จำเป็นต้องมีข้อมูลเริ่มต้น เช่น:

• U_{pit=12-15 V - แรงดันไฟขาเข้า}
• U_{st=9 V - แรงดันคงที่}
• R_{n=50-100 mA - โหลด}

พารามิเตอร์เป็นเรื่องปกติสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำ

สำหรับแรงดันไฟขาเข้าขั้นต่ำ 12 V กระแสไฟบนโหลดจะถูกเลือกเป็นค่าสูงสุด - 100 mA ตามกฎของโอห์ม คุณสามารถหาโหลดทั้งหมดของวงจรได้:

R_{∑=12 V / 0.1 A=120 โอห์ม}

ที่ซีเนอร์ไดโอด แรงดันตกคือ 9 V สำหรับกระแส 0.1 A โหลดที่เท่ากันจะเป็น:

R_{eq=9 V / 0.1 A=90 โอห์ม}

ตอนนี้คุณสามารถกำหนดความต้านทานของบัลลาสต์:

R_{b=120 โอห์ม - 90 โอห์ม=30 โอห์ม}

ถูกเลือกจากแถวมาตรฐาน โดยที่ค่าจะเหมือนกับค่าที่คำนวณได้

กระแสสูงสุดที่ไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดถูกกำหนดโดยคำนึงถึงการตัดการเชื่อมต่อของโหลดเพื่อไม่ให้เกิดความล้มเหลวหากมีการขายสายไฟใด ๆ แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทานจะเป็น:

U_{R=15 - 9=6 B.}

จากนั้นกำหนดกระแสผ่านตัวต้านทาน:

I_{R=6/30=0, 2 A.}

เนื่องจากซีเนอร์ไดโอดเชื่อมต่อเป็นอนุกรม I_c=I_{R=0.2 A.}

การกระจายพลังงานจะเป็น P=0.2∙9=1.8 W.

ตามพารามิเตอร์ที่ได้รับ เลือกซีเนอร์ไดโอด D815V ที่เหมาะสม

ซีเนอร์ไดโอดสมมาตร

ไทริสเตอร์ไดโอดสมมาตรเป็นอุปกรณ์สวิตชิ่งที่นำไฟฟ้ากระแสสลับ คุณลักษณะของงานคือแรงดันไฟฟ้าตกถึงหลายโวลต์เมื่อเปิดเครื่องในช่วง 30-50 V ซึ่งสามารถแทนที่ด้วยซีเนอร์ไดโอดแบบธรรมดาที่ต่อเคาน์เตอร์ได้สองตัว อุปกรณ์ถูกใช้เป็นองค์ประกอบการสลับ

อะนาล็อกของซีเนอร์ไดโอด

เมื่อไม่สามารถหาองค์ประกอบที่เหมาะสมได้ พวกเขาจะใช้อะนาล็อกของซีเนอร์ไดโอดกับทรานซิสเตอร์ ข้อได้เปรียบของพวกเขาคือความเป็นไปได้ของการควบคุมแรงดันไฟฟ้า สามารถใช้แอมพลิฟายเออร์ DC แบบหลายขั้นตอนสำหรับสิ่งนี้

ติดตั้งตัวแบ่งแรงดันไฟพร้อมตัวต้านทานการตัดแต่ง R1 ที่อินพุต หากแรงดันไฟอินพุตเพิ่มขึ้น ทรานซิสเตอร์ VT1 ก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ในเวลาเดียวกัน กระแสผ่านทรานซิสเตอร์ VT2 จะเพิ่มขึ้น ซึ่งชดเชยการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นจึงรักษาเสถียรภาพที่เอาต์พุต

การทำเครื่องหมายของซีเนอร์ไดโอด

ผลิตไดโอดซีเนอร์แก้วและซีเนอร์ไดโอดในกล่องพลาสติก ในกรณีแรกจะใช้ตัวเลข 2 ตัวระหว่างที่มีตัวอักษร V จารึก 9V1 หมายความว่าU_{st=9, 1 V.}

บนกล่องพลาสติก คำจารึกจะถูกถอดรหัสโดยใช้แผ่นข้อมูล ซึ่งคุณสามารถค้นหาพารามิเตอร์อื่นๆ ได้

วงแหวนสีเข้มบนตัวเรือนบ่งบอกถึงขั้วบวกที่เชื่อมต่อ

สรุป

ซีเนอร์ไดโอดเป็นไดโอดที่มีคุณสมบัติพิเศษ ข้อดีของซีเนอร์ไดโอดคือการรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าในระดับสูงโดยมีการเปลี่ยนแปลงกระแสไฟในการทำงานที่หลากหลาย รวมถึงรูปแบบการเชื่อมต่อที่เรียบง่าย เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ อุปกรณ์ต่างๆ จะเปิดขึ้นในทิศทางไปข้างหน้า และเริ่มทำงานเหมือนไดโอดทั่วไป