Ценеров диод - какво е това и за какво е?

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-02 13:50

Ценеров диод е полупроводников диод с уникални свойства. Ако обикновен полупроводник е изолатор при повторно включване, той изпълнява тази функция до известно увеличение на приложеното напрежение, след което настъпва лавинообразен обратим пробив. При по-нататъшно увеличаване на обратния ток, протичащ през ценеровия диод, напрежението продължава да остава постоянно поради пропорционално намаляване на съпротивлението. По този начин е възможно да се постигне режим на стабилизиране.

В затворено състояние, малък ток на утечка първо преминава през ценеровия диод. Елементът се държи като резистор, чиято стойност на съпротивлението е голяма. По време на пробив съпротивлението на ценеровия диод става незначително. Ако продължим да увеличаваме напрежението на входа, елементът започва да се нагрява и когато токът надвиши допустимата стойност, необратимтермичен разбив. Ако въпросът не се доведе до него, когато напрежението се промени от нула до горната граница на работната зона, свойствата на ценеровия диод се запазват.

Когато ценеров диод е включен директно, характеристиките са същите като на диода. Когато плюсът е свързан към p-областта, а минусът е свързан към n-областта, съпротивлението на прехода е малко и токът протича свободно през него. То се повишава с увеличаване на входното напрежение.

Ценеровият диод е специален диод, свързан предимно в обратна посока. Елементът е първи в затворено състояние. В случай на електрическа повреда ценеровият диод на напрежението го поддържа постоянно в широк диапазон на тока.

Минус се прилага към анода, а плюс към катода. Отвъд стабилизирането (под точка 2), възниква прегряване и вероятността от повреда на елемента се увеличава.

Функции

Ценър параметрите са както следва:

• U_st - стабилизиращо напрежение при номинален ток I_st;
• I_{st min - минимален стартов ток на електрически разбив;}
• I_{st max - максимално допустим ток;}
• TKN - температурен коефициент.

За разлика от конвенционалния диод, ценеровият диод е полупроводниково устройство, в което областите на електрическия и термичния пробив са доста далеч една от друга спрямо характеристиката на токовото напрежение.

Свързан с максимално допустимия ток е параметър, често посочен втаблици - разсейване на мощност:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

Температурната зависимост на ценеровия диод може да бъде положителна или отрицателна. Чрез свързване на елементи последователно с коефициенти с различни знаци се създават прецизни ценерови диоди, които не зависят от нагряване или охлаждане.

Схеми за включване

Типична схема на обикновен стабилизатор, състои се от баластно съпротивление R_{b и ценеров диод, който шунтира товара.}

В някои случаи има нарушение на стабилизацията.

1. Подаване към стабилизатора на голямо напрежение от източника на захранване при наличие на филтриращ кондензатор на изхода. Токовите скокове при зареждане могат да причинят повреда на ценеровия диод или разрушаване на резистора R_b.
2. Изключване на зареждане. Когато към входа се приложи максимално напрежение, токът на ценеровия диод може да надвиши допустимия, което ще доведе до неговото нагряване и разрушаване. Тук е важно да спазвате безопасната работна паспортна зона.
3. Resistance R_{b е избрано малко, така че при минималното възможно захранващо напрежение и максималния допустим ток на товара, ценеровият диод е в зоната на работно регулиране.}

Тиристорни защитни вериги или предпазители се използват за защита на стабилизатора.

Резистор R_{b се изчислява по формулата:}

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

Текущаценеров диод I_st се избира между допустимите максимални и минимални стойности, в зависимост от входното напрежение U_pit и тока на натоварване I _n.

Zener Selection

Елементите имат голямо разпределение в стабилизиращото напрежение. За да получите точната стойност на U_{n, ценерови диоди се избират от една и съща партида. Има типове с по-тесен диапазон от параметри. С голямо разсейване на мощността елементите се монтират на радиатори.}

За изчисляване на параметрите на ценеровия диод са необходими първоначални данни, например тези:

• U_{pit=12-15 V - входно напрежение;}
• U_{st=9 V - стабилизирано напрежение;}
• R_{n=50-100 mA - натоварване.}

Параметрите са типични за устройства с ниска консумация на енергия.

За минимално входно напрежение от 12 V, токът на товара се избира на максимум - 100 mA. Според закона на Ом можете да намерите общото натоварване на веригата:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 Ohm.}

При ценеровия диод спадът на напрежението е 9 V. За ток от 0,1 A еквивалентното натоварване ще бъде:

R_{eq=9 V / 0,1 A=90 Ohm.}

Сега можете да определите съпротивлението на баласта:

R_{b=120 Ohm - 90 Ohm=30 Ohm.}

Избира се от стандартния ред, където стойността е същата като изчислената.

Максималният ток през ценеровия диод се определя, като се вземе предвид изключването на товара, така че да не се повреди, ако някой проводник бъде разпоен. Спадът на напрежението през резистора ще бъде:

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

След това се определя токът през резистора:

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

Тъй като ценеровият диод е свързан последователно с него, I_c=I_{R=0,2 A.}

Разсейването на мощността ще бъде P=0,2∙9=1,8 W.

Според получените параметри се избира подходящ ценеров диод D815V.

Симетричен ценеров диод

Симетричният диоден тиристор е превключващо устройство, което провежда променлив ток. Характеристика на неговата работа е спад на напрежението до няколко волта при включване в диапазона от 30-50 V. Може да бъде заменен от два противоположно свързани конвенционални ценеров диода. Устройствата се използват като превключващи елементи.

Аналог на ценеров диод

Когато не е възможно да се намери подходящ елемент, те използват аналог на ценеров диод на транзистори. Предимството им е възможността за регулиране на напрежението. За това могат да се използват многостепенни DC усилватели.

На входа е инсталиран делител на напрежение с подстригващ резистор R1. Ако входното напрежение се увеличи, на базата на транзистор VT1 то също се увеличава. В същото време токът през транзистора VT2 се увеличава, което компенсира увеличаването на напрежението, като по този начин го поддържа стабилно на изхода.

Маркиране на ценерови диоди

Произвеждат се стъклени стабилитрони и ценерови диоди в пластмасови кутии. В първия случай върху тях се прилагат 2 числа, между които се намира буквата V. Надписът 9V1 означава, чеU_{st=9, 1 V.}

На пластмасовия калъф надписите се дешифрират с помощта на информационен лист, където можете да разберете и други параметри.

Тъмният пръстен на кутията показва катода, към който е свързан плюсът.

Заключение

Ценеров диод е диод със специални свойства. Предимството на ценеровите диоди е високо ниво на стабилизация на напрежението с широк диапазон от промени в работния ток, както и прости схеми на свързване. За да се стабилизира малко напрежение, устройствата се включват в посока напред и започват да работят като обикновени диоди.