Diod Zener adalah diod simpang PN biasa yang beroperasi dalam keadaan terbalik. Bekerja diod Zener mirip dengan diod simpang PN dalam keadaan memajukan bias, tetapi keunikannya terletak pada kenyataan bahawa ia juga dapat dilakukan ketika disambungkan dalam bias terbalik di atas ambang / voltan kerosakannya. Ini adalah antara jenis asas diod digunakan dengan kerap, selain dari dioda biasa.

Zener Diod Bekerja

Diod semikonduktor dalam keadaan bias terbalik

Sekiranya anda ingat, diod persimpangan PN sederhana dibentuk oleh gabungan bahan semikonduktor jenis-p dengan bahan semikonduktor jenis-n. Apabila satu sisi kristal semikonduktor didoping dengan kekotoran penderma dan sisi lain dengan kekotoran akseptor, persimpangan PN terbentuk.

Diod Semikonduktor yang tidak berpatutan

Dalam keadaan normal, lubang dari sisi p cenderung meresap ke kawasan berkepekatan rendah dan perkara yang sama berlaku untuk elektron dari sisi n.

Oleh itu lubang meresap ke sisi-n dan elektron meresap ke sisi-p. Ini mengakibatkan pengumpulan muatan di sekitar persimpangan, membentuk kawasan penipisan.

Diod semikonduktor yang tidak berpatutan

Polariti elektrik atau dipol elektrik terbentuk di persimpangan, menyebabkan aliran fluks dari sisi atas n sisi. Ini menghasilkan intensiti medan elektrik negatif yang berbeza, menghasilkan potensi elektrik di persimpangan. Potensi elektrik ini sebenarnya adalah voltan ambang dioda dan sekitar 0.6V untuk silikon dan 0.2V untuk Germanium. Ini bertindak sebagai penghalang yang berpotensi untuk aliran pembawa muatan majoriti dan peranti tidak melakukan.

Sekarang apabila dioda normal berat sebelah sehingga voltan negatif diterapkan pada sisi n dan voltan positif ke sisi p, dioda dikatakan berada dalam keadaan bias ke depan. Voltan yang diaplikasikan ini cenderung untuk mengurangkan penghalang yang berpotensi setelah melebihi voltan ambang.

Pada ketika ini dan sesudahnya, pembawa majoriti melintasi penghalang yang berpotensi dan peranti mula bergerak dengan aliran arus melaluinya.

Apabila diod disusun dalam keadaan terbalik ke atas, voltan yang dikenakan sedemikian rupa sehingga menambah penghalang yang berpotensi dan menghalang aliran pembawa majoriti. Walau bagaimanapun, ia membenarkan aliran pembawa minoriti (lubang dalam jenis-n dan elektron dalam jenis-p). Apabila voltan bias terbalik ini meningkat, arus terbalik cenderung meningkat secara beransur-ansur.

Pada titik tertentu, voltan ini sedemikian sehingga menyebabkan pemecahan kawasan penipisan, menyebabkan peningkatan arus yang besar. Di sinilah dioda Zener berfungsi.

Prinsip di sebalik Zener diod Kerja

Seperti yang dinyatakan di atas, prinsip asas di sebalik penggunaan diod Zener adalah penyebab kerosakan bagi diod dalam keadaan bias terbalik. Biasanya terdapat dua jenis pemecahan - Zener dan Avalanche.

“multivibrator monostable menggunakan pemasa 555 ”

Prinsip di sebalik zener diod berfungsi

Pecahan Zener

Jenis pemecahan ini berlaku untuk voltan bias terbalik antara 2 hingga 8V. Walaupun pada voltan rendah ini, intensiti medan elektrik cukup kuat untuk memberikan daya pada elektron valensi atom sehingga mereka dipisahkan dari inti. Ini menghasilkan pembentukan pasangan lubang elektron mudah alih, meningkatkan aliran arus ke seluruh peranti. Nilai anggaran medan ini adalah sekitar 2 * 10 ^ 7 V / m.

Jenis pemecahan ini berlaku biasanya untuk diod yang sangat doped dengan voltan kerosakan rendah dan medan elektrik yang lebih besar. Apabila suhu meningkat, elektron valensi memperoleh lebih banyak tenaga untuk mengganggu ikatan kovalen dan lebih sedikit jumlah voltan luaran diperlukan. Oleh itu voltan kerosakan Zener berkurang dengan suhu.

Kerosakan longsoran

Jenis pemecahan ini berlaku pada voltan bias terbalik di atas 8V dan lebih tinggi. Ia berlaku untuk dioda yang ringan dengan voltan kerosakan yang besar. Oleh kerana pembawa cas minoriti (elektron) mengalir ke seluruh peranti, mereka cenderung bertembung dengan elektron dalam ikatan kovalen dan menyebabkan ikatan kovalen terganggu. Apabila voltan meningkat, tenaga kinetik (halaju) elektron juga meningkat dan ikatan kovalen lebih mudah terganggu, menyebabkan peningkatan pasangan lubang elektron. Voltan kerosakan salji meningkat dengan suhu.

3 aplikasi diod Zener

1. Zener Diod sebagai voltan

Dalam rangkaian DC, diod Zener dapat digunakan sebagai pengatur voltan atau untuk memberikan rujukan voltan. Penggunaan utama diod Zener terletak pada hakikat bahawa voltan merentasi diod Zener tetap berterusan untuk perubahan arus yang lebih besar. Ini memungkinkan untuk menggunakan diod Zener sebagai peranti voltan malar atau pengatur voltan.

Dalam mana-mana litar bekalan kuasa , pengatur digunakan untuk memberikan voltan keluaran (beban) tetap tanpa mengira variasi voltan masukan atau variasi arus beban. Variasi voltan input disebut regulasi garis, sedangkan variasi arus beban disebut regulasi beban.

Zener Diod sebagai pengatur voltan

Litar sederhana yang melibatkan dioda Zener sebagai pengatur memerlukan perintang nilai rendah yang dihubungkan secara bersiri dengan sumber voltan input. Nilai rendah diperlukan untuk membolehkan aliran arus maksimum melalui diod, disambungkan secara selari. Walau bagaimanapun, satu-satunya kekangan, arus melalui diod Zener tidak boleh kurang daripada arus diod Zener minimum. Ringkasnya, untuk voltan input minimum dan arus beban maksimum, arus diod Zener harus selalu I_zmin.

Semasa merancang pengatur voltan menggunakan dioda Zener, yang terakhir dipilih berkenaan dengan peringkat daya maksimumnya. Dengan kata lain, arus maksimum melalui peranti mestilah: -

Saya_maks= Voltan Kuasa / Zener

Oleh kerana voltan masukan dan voltan keluaran yang diperlukan diketahui, lebih mudah memilih dioda Zener dengan voltan kira-kira sama dengan voltan beban, iaitu Vz ~ = V_atau.

Nilai perintang siri dipilih untuk menjadi

“pendawaian lampu rel lampu siang hari ”

R = (V_dalam- V_dengan) / (Saya_zmin+ Saya_L), di mana saya_L= Voltan Beban / rintangan Beban.

Perhatikan bahawa untuk voltan beban hingga 8V, satu diod Zener dapat digunakan. Walau bagaimanapun, untuk voltan beban melebihi 8V, memerlukan voltan Zener dengan nilai voltan yang lebih tinggi, disarankan untuk menggunakan diod bias ke hadapan secara bersiri dengan diod Zener. Ini kerana dioda Zener pada voltan yang lebih tinggi mengikuti prinsip pemecahan longsoran, yang mempunyai suhu pekali positif.

Oleh itu, diod pekali suhu negatif digunakan untuk pampasan. Sudah tentu, pada masa ini, diod Zener yang dikompensasi suhu praktikal digunakan.

2. Zener Diod sebagai rujukan voltan

Zener diod sebagai rujukan voltan

Dalam bekalan kuasa dan litar lain, dioda Zener menggunakan aplikasinya sebagai penyedia voltan tetap atau rujukan voltan. Satu-satunya syarat ialah voltan masukan harus lebih besar daripada voltan Zener dan perintang siri harus mempunyai nilai minimum sehingga arus maksimum mengalir melalui peranti.

3. Zener Diode sebagai voltan clamper

Dalam litar yang melibatkan sumber input AC, berbeza dari biasa Litar pengapit diod PN , diod Zener juga boleh digunakan. Diod boleh digunakan untuk membatasi puncak voltan keluaran hingga voltan Zener di satu sisi dan sekitar 0V di sisi lain dari bentuk gelombang sinusoidal.

“peraturan pembahagi arus dan voltan ”

zener diod sebagai voltan clamper

Dalam litar di atas, semasa separuh kitaran positif, setelah voltan masukan sedemikian rupa sehingga diod zener terbalik, voltan keluaran tetap untuk jangka masa tertentu sehingga voltan mula menurun.

Sekarang semasa separuh kitaran negatif, diod Zener berada dalam sambungan bias pemajuan. Apabila voltan negatif meningkat ke voltan ambang hadapan, diod mula bergerak dan sisi negatif voltan keluaran terhad kepada voltan ambang.

Perhatikan bahawa untuk mendapatkan voltan keluaran dalam julat positif sahaja, gunakan dua dioda Zener yang berat sebelah secara bersiri.

Aplikasi Kerja Zener Diode

Dengan populariti telefon pintar yang semakin meningkat, projek berasaskan android menjadi pilihan hari ini. Projek-projek ini melibatkan penggunaan Bluetooth peranti berasaskan teknologi. Peranti Bluetooth ini memerlukan voltan sekitar 3V untuk beroperasi. Dalam kes sedemikian, dioda Zener digunakan untuk memberikan rujukan 3V ke peranti Bluetooth.

Aplikasi diod Zener yang berfungsi melibatkan peranti Bluetooth

Aplikasi lain melibatkan penggunaan diod Zener sebagai pengatur voltan. Di sini voltan AC diperbaiki oleh diod D1 dan ditapis oleh kapasitor. Voltan DC yang disaring ini diatur oleh diod untuk memberikan voltan rujukan tetap 15V. Voltan DC yang diatur ini digunakan untuk menggerakkan rangkaian kontrol, digunakan untuk mengontrol pengalihan cahaya, seperti pada sistem kawalan pencahayaan automatik.

Aplikasi peraturan voltan diod zener

Kami harap kami dapat memberikan maklumat yang tepat namun penting mengenai kerja Zener diod dan aplikasinya. Berikut adalah soalan mudah untuk pembaca - Mengapa IC regulator lebih disukai daripada dioda Zener dalam bekalan kuasa DC yang dikawal selia?

Berikan jawapan anda dan tentu saja maklum balas anda di bahagian komen di bawah.

Kredit Foto