Zenerdiode - wat is het en waar is het voor?

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-02 14:00

Een zenerdiode is een halfgeleiderdiode met unieke eigenschappen. Als een gewone halfgeleider bij het opnieuw inschakelen een isolator is, vervult deze deze functie tot een bepaalde toename van de aangelegde spanning, waarna een lawine-achtige omkeerbare doorslag optreedt. Bij een verdere toename van de tegenstroom die door de zenerdiode vloeit, blijft de spanning constant door een evenredige afname van de weerstand. Op deze manier is het mogelijk om de stabilisatiemodus te bereiken.

In de gesloten toestand gaat er eerst een kleine lekstroom door de zenerdiode. Het element gedraagt zich als een weerstand waarvan de weerstandswaarde groot is. Tijdens doorslag wordt de weerstand van de zenerdiode verwaarloosbaar. Als we doorgaan met het verhogen van de spanning aan de ingang, begint het element op te warmen en wanneer de stroom de toegestane waarde overschrijdt, een onomkeerbarethermische afbraak. Als de zaak niet aan de orde wordt gesteld, blijven de eigenschappen van de zenerdiode behouden wanneer de spanning van nul naar de bovengrens van het werkgebied verandert.

Wanneer een zenerdiode direct wordt ingeschakeld, zijn de kenmerken hetzelfde als een diode. Wanneer de plus is verbonden met het p-gebied en de min is verbonden met het n-gebied, is de overgangsweerstand klein en stroomt de stroom er vrij doorheen. Het stijgt naarmate de ingangsspanning toeneemt.

Een zenerdiode is een speciale diode die meestal in de tegenovergestelde richting is aangesloten. Het element bevindt zich eerst in de gesloten toestand. In het geval van een elektrische storing, houdt de spanningszenerdiode deze constant over een breed stroombereik.

Een min wordt toegepast op de anode en een plus op de kathode. Voorbij stabilisatie (onder punt 2) treedt oververhitting op en neemt de kans op elementfalen toe.

Kenmerken

Zener-parameters zijn als volgt:

• U_st - stabilisatiespanning bij nominale stroom I_st;
• I_{st min - minimale startstroom voor elektrische doorslag;}
• I_{st max - maximaal toelaatbare stroom;}
• TKN - temperatuurcoëfficiënt.

In tegenstelling tot een conventionele diode, is een zenerdiode een halfgeleiderapparaat waarin de elektrische en thermische doorslaggebieden vrij ver uit elkaar liggen wat betreft de stroom-spanningskarakteristiek.

Geassocieerd met de maximaal toegestane stroom is een parameter die vaak wordt gespecificeerd intabellen - vermogensverlies:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

De temperatuurafhankelijkheid van de zenerdiode kan positief of negatief zijn. Door elementen in serie te verbinden met coëfficiënten van verschillende tekens, worden precisie-zenerdiodes gecreëerd die niet afhankelijk zijn van verwarming of koeling.

Inclusieschema's

Typische schakeling van een eenvoudige stabilisator, bestaat uit een ballastweerstand R_{b en een zenerdiode die de belasting overbrugt.}

In sommige gevallen is er sprake van een schending van de stabilisatie.

1. Onderwerping aan de stabilisator van een grote spanning van de stroombron in aanwezigheid van een filtercondensator aan de uitgang. Stroompieken tijdens het opladen kunnen leiden tot uitval van de zenerdiode of vernietiging van de weerstand R_b.
2. Laden afsluiten. Wanneer de maximale spanning op de ingang wordt toegepast, kan de stroom van de zenerdiode de toegestane overschrijden, wat zal leiden tot verwarming en vernietiging. Hier is het belangrijk om het veilige werkpaspoortgebied in acht te nemen.
3. Weerstand R_{b is klein gekozen, zodat bij de minimaal mogelijke voedingsspanning en de maximaal toegestane stroom bij de belasting, de zenerdiode zich in de werkregelzone bevindt.}

Thyristor-beveiligingscircuits of zekeringen worden gebruikt om de stabilisator te beschermen.

Weerstand R_{b wordt berekend met de formule:}

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

Huidigezenerdiode I_st wordt gekozen tussen de toegestane maximum- en minimumwaarden, afhankelijk van de ingangsspanning U_pit en de belastingsstroom I _n.

Zenerselectie

Elementen hebben een grote spreiding in stabilisatiespanning. Om de exacte waarde van U_{n te krijgen, worden zenerdiodes uit dezelfde batch geselecteerd. Er zijn typen met een kleiner aantal parameters. Met een hoge vermogensdissipatie worden de elementen op radiatoren geïnstalleerd.}

Om de parameters van de zenerdiode te berekenen, zijn initiële gegevens vereist, bijvoorbeeld deze:

• U_{pit=12-15 V - ingangsspanning;}
• U_{st=9 V - gestabiliseerde spanning;}
• R_{n=50-100 mA - belasting.}

De parameters zijn typisch voor apparaten met een laag stroomverbruik.

Voor een minimale ingangsspanning van 12 V wordt de stroom op de belasting geselecteerd op het maximum - 100 mA. Volgens de wet van Ohm kun je de totale belasting van het circuit vinden:

R_{∑=12 V / 0,1 A=120 Ohm.}

Bij de zenerdiode is de spanningsval 9 V. Voor een stroom van 0,1 A is de equivalente belasting:

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

Nu kun je de weerstand van de ballast bepalen:

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

Het wordt geselecteerd uit de standaardrij, waar de waarde hetzelfde is als de berekende.

De maximale stroom door de zenerdiode wordt bepaald rekening houdend met de ontkoppeling van de belasting, zodat deze niet uitv alt als een draad wordt losgesoldeerd. De spanningsval over de weerstand zal zijn:

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

Vervolgens wordt de stroom door de weerstand bepaald:

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

Aangezien de zenerdiode ermee in serie is geschakeld, I_c=I_{R=0.2 A.}

Vermogensdissipatie is P=0.2∙9=1.8 W.

Volgens de verkregen parameters wordt een geschikte Zenerdiode D815V geselecteerd.

Symmetrische zenerdiode

Symmetrische diodethyristor is een schakelapparaat dat wisselstroom geleidt. Een kenmerk van zijn werk is een spanningsval tot enkele volts wanneer ingeschakeld in het bereik van 30-50 V. Het kan worden vervangen door twee tegen elkaar geschakelde conventionele zenerdiodes. Apparaten worden gebruikt als schakelelementen.

Analoog van een zenerdiode

Als het niet mogelijk is om een geschikt element te vinden, gebruiken ze een analoog van een zenerdiode op transistors. Hun voordeel is de mogelijkheid van spanningsregeling. Hiervoor kunnen meertraps DC-versterkers worden gebruikt.

Aan de ingang is een spanningsdeler met trimweerstand R1 geïnstalleerd. Als de ingangsspanning stijgt, neemt deze op basis van transistor VT1 ook toe. Tegelijkertijd neemt de stroom door de transistor VT2 toe, wat de toename van de spanning compenseert, waardoor deze stabiel blijft aan de uitgang.

Markering van zenerdiodes

Glazen zenerdiodes en zenerdiodes in plastic behuizingen worden geproduceerd. In het eerste geval worden er 2 cijfers op toegepast, waartussen de letter V zich bevindt. Het opschrift 9V1 betekent datU_{st=9, 1 V.}

Op de plastic behuizing worden de inscripties ontcijferd met behulp van een gegevensblad, waar u ook andere parameters kunt vinden.

De donkere ring op de behuizing geeft de kathode aan waarop de plus is aangesloten.

Conclusie

Een zenerdiode is een diode met bijzondere eigenschappen. Het voordeel van zenerdiodes is een hoog niveau van spanningsstabilisatie met een breed scala aan bedrijfsstroomveranderingen, evenals eenvoudige verbindingsschema's. Om een kleine spanning te stabiliseren, worden de apparaten in voorwaartse richting ingeschakeld en beginnen ze te werken als gewone diodes.