Nga teoria në praktikë: Përdorimi i diodave të Zener për mbrojtje të besueshme të mbivendosjes
2024-05-15 9330

Zener Diodes, i zhvilluar në fillim të shekullit të 20 -të nga fizikani amerikan Clarence Melvin Zener pas doktoratës së tij nga Universiteti i Harvardit në 1930, shënoi një përparim të rëndësishëm në përbërësit elektronikë.Ky artikull detajon karakteristikat specifike të këtyre diodave, të cilat janë shumë të bëra për të krijuar rajone shumë të holla të varfërimit, ku janë të pranishme fushat e forta elektrike.Kur kjo fushë arrin tensionin e prishjes së diodës, i cili mund të jetë më pak se 5V për prishjen e Zener ose mbi 5V për prishjen e ortekut, është mjaft e fortë për të zhvendosur elektronet nga lidhjet e tyre atomike, duke gjeneruar një rrymë elektrike.Ky zbulim siguroi një mënyrë të re për të kontrolluar qarqet elektronike, duke filluar nga tensioni i prishjes nga nën 1V në më shumë se 250V, me toleranca midis 1% dhe 20%, duke lehtësuar saktësinë në modelet elektronike.

Katalog

Figura 1: Dioda Zener në PCB të vërtetë

Çfarë është dioda Zener?

Diodat e Zener përfitojnë nga karakteristikat e prishjes së kryqëzimit PN kur janë të njëanshme, dhe mund të luajnë një rol më të madh në ruajtjen e stabilitetit të tensioneve të tyre terminale kur rryma luhatet ndjeshëm.Tensioni i diodës nëpër to mbetet i vazhdueshëm dhe i pa ndikuar nga çdo jon v ariat në tensionin e hyrjes.Ky stabilitet është i dobishëm në hartimet e qarkut elektronik për të kundërvepruar ndryshimet në tensionin e qarkut që mund të vijnë nga luhatjet e furnizimit me energji elektrike ose shqetësime të ngjashme.Duke vendosur dioda Zener në pikat strategjike, projektuesit mund të stabilizojnë me siguri tensionin nëpër ngarkesa, duke siguruar performancën e vazhdueshme të përbërësve elektronikë.Ky funksion i drejtpërdrejtë, por i sofistikuar i diodave Zener i bën ata një pjesë integrale të qarkut modern, duke lehtësuar kontrollin e saktë mbi tensionin dhe duke rritur besueshmërinë e përgjithshme të sistemeve elektrike.

Përveç kësaj, simboli elektrik i diodës zener është i ndryshëm nga simboli i zakonshëm i diodës.Në diagramet e qarkut, diodat konvencionale, siç janë diodat e sinjalit ose diodat e energjisë, përshkruhen me simbole standarde që ndryshojnë nga ato të përdorura për diodat zener.

Figura 2: Dioda e rregullt

Figura 3: Dioda Zener

Kur bëhet fjalë për diodat Zener të dizajnuara posaçërisht për shtypjen e tensionit kalimtar (TVS), këto shpesh kombinohen në një pajisje të vetme.Kjo pajisje e kombinuar përfaqësohet në skematikë me një simbol të veçantë që diferencon vizualisht atë nga diodat e vetme Zener dhe llojet e tjera të diodave.Ky simbol i specializuar ndihmon teknikët dhe inxhinierët të identifikojnë shpejt funksionin dhe karakteristikat e pajisjes në një qark, duke siguruar një dizajn të saktë dhe efikas të qarkut dhe zgjidhjen e problemeve.

Figura 4: Kombinimi i dy diodave të Zener TVS

Vlerat e zakonshme të diodës zener dhe numrat e pjesëve

Kur zgjidhni një diodë Zener, është e rëndësishme të zgjidhni një me një vlerësim të tensionit që përputhet me nevojat e qarkut tuaj për të siguruar rregullimin dhe mbrojtjen efektive të tensionit.Këtu është një ndarje e diodave Zener të përdorura zakonisht, aplikacioneve të tyre tipike dhe numrave të pjesëve.

3.3V 1N5226

Ideale për stabilizimin e tensionit në qarqet logjike 3.3V, të cilat zakonisht gjenden në mikrokontrolluesit dhe procesorët dixhitalë të sinjalit (DSP).Këto dioda sigurojnë performancë të vazhdueshme duke ruajtur tensionin e saktë të funksionimit.

5.1V 1N5231

Përdoret shpesh në qarqet dixhitale dhe logjike 5V, kjo diodë është e përkryer për qarqet tipike TTL (logjika e transistorit-transistor) dhe CMOS (plotësues metal-oksid-semonductor).Ajo siguron rregullim të besueshëm të tensionit, duke mbrojtur përbërës elektronikë të ndjeshëm nga luhatjet e tensionit.

Figura 5: 1N5231 Matja e diodës zener

6.8V 1N5235

Kjo diodë është përshtatur për qarqet analoge që funksionojnë pak mbi 5V, duke ofruar mbrojtje shtesë për sensorë të specializuar ose logjikë më të vjetër (qarqe të integruara) që kërkojnë një tampon në tension për të operuar në mënyrë të sigurt dhe efektive.

9.1V 1N5239

Optimale për pajisjet e bëra me bateri 9V, të tilla si amplifikatorë të lëvizshëm ose module pa tel.Siguron që këto pajisje të marrin një furnizim të qëndrueshëm të energjisë, duke rritur performancën dhe besueshmërinë e tyre.

11.0V 1N5241

I përshtatshëm për qarqet që kanë nevojë për një tension pak më shumë se nivelet standarde të logjikës, përfshirë qarqet e caktuara analoge.Ai gjithashtu siguron mbrojtje të mbingarkesës për sistemet 12V, duke e bërë atë të gjithanshëm për një sërë aplikimesh.

13.0V 1N5243

Përdoret zakonisht në sistemet e furnizimit me energji 12V, veçanërisht në elektronikën automobilistike ose sistemet e kontrollit industrial.Ajo ofron mbrojtje të fortë të mbingarkesës, duke mbrojtur kundër thumba të tensionit të mundshëm që mund të dëmtojnë sistemin.

15.0V 1N5245

Kjo diodë përdoret kur stabiliteti i tensionit 15V është i nevojshëm, siç është në furnizimin me energji elektrike për amplifikatorët operacionalë ose si mbrojtje themelore në sistemet elektronike me nivele më të larta të tensionit operacional.

Parimi i Punës i Diodës Zener

Dioda Zener funksionon në parime të dallueshme nga diodat tipike gjysmëpërçuese për shkak të strukturës së saj unike fizike, duke shfaqur doping të rëndë.Kjo doping rezulton në një rajon të konsiderueshëm të varfërimit, duke e bërë fushën elektrike më të fortë në krahasim me atë në diodat e zakonshme.

Kur një diodë zener është e njëanshme e kundërt, fusha e fortë elektrike brenda zonës së saj të ngushtë të varfërimit mund të ngacmojë drejtpërdrejt elektronet e valencës në brezin e përcjelljes në një tension specifik të njohur si tensioni Zener.Ky ngacmim i drejtpërdrejtë çon në prishjen e Zener, një fenomen i dallueshëm nga prishja e ortekut që shihet zakonisht në dioda më pak të dopeduara.Në prishjen e ortekëve, rajoni i varfërimit zgjerohet nën paragjykime të kundërta derisa tensioni i kundërt të jetë mjaft i lartë për të aktivizuar transportuesit e pakicave.Këta transportues fitojnë energji të mjaftueshme për t'u përplasur me jonet e grilave, duke çliruar më shumë elektrone dhe duke vendosur një reagim zinxhir që rrit ndjeshëm rrymën.

Figura 6: Dioda Zener rrymë përpara

Figura 7: Parimi i qarkut të mbrojtjes së mbivendosjes së diodës zener

Prishja e Zener, megjithatë, kryesisht buron nga tunelimi kuantik i shkaktuar nga fusha elektrike intensive, që ndodhin edhe para se të përmbushen kushtet për prishjen e ortekëve.Ky ndryshim kritik lejon që dioda Zener të ruajë një tension të qëndrueshëm nëpër terminalet e saj në prani të niveleve të ndryshme të rrymës, një karakteristikë kryesore që shfrytëzohet në hartimin e qarkut për stabilizimin e tensionit.

Figura 8: Dioda Zener Zener dhe Diagrami i Ndarjes së Avalancës

Figura 9: Diagrami skematik i ndarjes së orikut të diodës zener

Për aplikime praktike, diodat e Zener janë krijuar për të përdorur ose prishjen e Zener ose prishjen e ortekut, në varësi të tensionit të tyre Zener.Diodat me tensione më të ulëta Zener, zakonisht nën 6V, kryesisht i nënshtrohen ndarjes së Zener, duke i bërë ato të përshtatshme për aplikime që kërkojnë stabilitet të tensionit në tensione më të ulëta.Në të kundërt, diodat me tensione më të larta të zenerit, mbi 6V, kanë më shumë të ngjarë të pësojnë ndarje të ortekut, i cili është më i përshtatshëm për trajtimin e vargjeve më të larta të tensionit.Kjo fleksibilitet lejon që diodat e Zener të përdoren në një spektër të gjerë të aplikacioneve elektronike, duke siguruar kontrollin e besueshëm të tensionit dhe duke rritur përshtatshmërinë e përgjithshme të qarqeve elektronike.

Diferenca midis një diode zener dhe një diode sinjal

Diodat e zener dhe diodat e sinjalit janë pajisje gjysmëpërçuese të përdorura në qarqet elektronike, por ato ndryshojnë ndjeshëm në funksion dhe strukturë, veçanërisht kur janë të njëanshme të kundërta.

Figura 10: Dioda Zener Vs.Diodë e sinjalit

Zener Diodes—— Stabiliteti dhe Mbrojtja e Tensionit

Këto pajisje janë krijuar posaçërisht për të trajtuar kushtet e paragjykimit të kundërt përmes dopingut të rëndë të materialit gjysmëpërçues.Ky nivel i lartë i dopingut zvogëlon gjerësinë e kryqëzimit PN, duke intensifikuar fushën elektrike brenda rajonit të varfërimit.Si rezultat, kur tensioni i kundërt arrin tensionin e prishjes së Zener (VZ), dioda Zener lejon që rryma të rrjedhë në drejtimin e kundërt pa dëmtim.Kjo veçori është thelbësore për aplikime të tilla si rregullimi i tensionit dhe mbrojtja e mbivendosjes, ku është e nevojshme mbajtja e një tensioni të qëndrueshëm ose mbrojtja e përbërësve të ndjeshëm.Për shembull, në një skenar të rregullimit të tensionit, kur tensioni i qarkut tejkalon tensionin Zener, dioda Zener aktivizon, duke kryer rrymë dhe duke stabilizuar tensionin për të parandaluar luhatjet që mund të dëmtojnë përbërësit elektronikë.

Diodat e sinjalit —— Përpunimi dhe korrigjimi i efikas i sinjalit

Në të kundërt, diodat e sinjalit janë të dizajnuara për përcjellje efikase përpara me rrjedhje minimale të rrymës së kundërt.Në mënyrë tipike, ato lejojnë që shumë pak rrymë të rrjedhin kur të njëanshëm të kundërt - shpesh vetëm nanoamperes në mikroamperes - e cila është e papërfillshme për shumicën e aplikacioneve.Sidoqoftë, këto dioda mund të dëmtohen nëse tensioni i kundërt tejkalon tensionin e tyre të prishjes, duke çuar në qarqe të mundshme të hapura ose të shkurtra.Aplikimet e tyre parësore përfshijnë formimin e sinjalit, ndërrimin dhe korrigjimin me fuqi të ulët, ku përcjellja përpara është e nevojshme, dhe rryma e kundërt duhet të minimizohet për të parandaluar ndërhyrjen.

Ndërsa të dy diodat zener dhe sinjalin lejojnë rrjedhën e rrymës nga anoda në katodë kur është e njëanshme përpara, sjelljet e tyre të njëanshme të kundërta kujdesen për nevoja të dallueshme.Diodat e Zener janë të domosdoshme në qarqet ku tensioni duhet të kontrollohet ose ku përbërësit kanë nevojë për mbrojtje nga pikat e tensionit.Aftësia e tyre për të kryer në të kundërt pa dëmtim është unike dhe thelbësore për role të tilla mbrojtëse.Në të kundërt, diodat e sinjalit shkëlqejnë në aplikimet që kërkojnë përcjellje efikase të rrymës përpara me izolim të fortë gjatë paragjykimit të kundërt.

Zgjedhja midis një diode zener dhe një diode sinjali varet nga kërkesat specifike të aplikimit - stabilizimi i tensionit dhe mbrojtja për trajtimin e mëparshëm, efikas të sinjalit dhe korrigjimin për këtë të fundit.Do lloj diode ofron përfitime të përshtatura që i bëjnë ato të përshtatshme për role të ndryshme në hartimin dhe zbatimin e qarkut.

Përparësitë dhe disavantazhet e qarkut të mbrojtjes së mbivendosjes së Zener (OVP)

Përparësitë

Së pari, një qark i mbrojtjes së mbivendosjes Zener është veçanërisht i drejtpërdrejtë, i përbërë kryesisht nga një diodë Zener e çiftuar me një rezistencë seri.Ky dizajn minimalist lehtëson integrimin e lehtë në përbërje të ndryshme elektronike, duke e bërë atë të arritshëm edhe për ata me aftësi themelore teknike.Shtë gjithashtu e lehtë për tu mirëmbajtur për shkak të disa përbërësve të përfshirë.

Tjetra, përdorimi i diodave Zener për mbrojtjen e mbitensionit është ekonomikisht i dobishëm.Të dy vetë diodat dhe përbërësit e shoqëruar janë të lirë dhe të disponueshëm.Kjo i bën Qarqet e Diodës Zener një mundësi tërheqëse për rregullimin efektiv të tensionit pa një investim të rëndësishëm financiar.

Për më tepër, diodat Zener janë krijuar për të ofruar një prodhim të qëndrueshëm në tensionin e tyre të specifikuar të prishjes.Ky stabilitet është thelbësor për kufizimin e tensionit në nivele të sigurta, duke siguruar mbrojtje të besueshme kundër pikave të tensionit që përndryshe mund të dëmtojnë përbërësit e ndjeshëm të qarkut.

Disavantazhe

Një pengesë e rëndësishme është tendenca e qarkut për të konsumuar fuqi të konsiderueshme gjatë funksionimit.Ndërsa dioda Zener aktivizohet për të kapur tensionin, ajo gjithashtu lejon që rryma të kalojë, e cila gjeneron nxehtësi për shkak të rezistencës.Kjo nxehtësi është në thelb e harxhuar energji, duke paraqitur një sfidë në aplikimet e ndjeshme ndaj energjisë.

Pastaj, nxehtësia e gjeneruar nga dioda zener kur kryhet mund të çojë në temperatura më të larta brenda qarkut.Zbatimi i masave shtesë të ftohjes, siç janë lavamanët e nxehtësisë ose tifozët, mund të jetë i nevojshëm për të shpërndarë nxehtësinë në mënyrë efikase dhe për të ruajtur temperaturat e sigurta të përbërësit.

Sidoqoftë, ndërsa diodat e Zener shkëlqejnë në rregullimin e tensionit, ato nuk ofrojnë në mënyrë të natyrshme mbrojtje të fortë mbitensionale.Për të mbrojtur kundër rrymave të tepërta që mund të ndodhin gjatë kushteve të fajit, shpesh është thelbësore të bashkoni diodat e zenerit me përbërës të tjerë mbrojtës si siguresat ose ndërprerësit, të cilat mund të komplikojnë modelin e qarkut dhe të shtojnë koston.

Funksioni i diodës zener

Funksioni parësor i një qarku të mbrojtjes së mbivendosjes është të monitorojë vazhdimisht tensionin e qarkut dhe të përgjigjet me shpejtësi nëse tejkalon pragun e sigurisë, duke parandaluar kështu dëmtimin e mundshëm të përbërësve elektronikë.Diodat e Zener luajnë edhe këtë rol, pasi ato mund të mbajnë përcjellje të qëndrueshme në një tension specifik të prishjes së kundërt ndërsa shfaqin rezistencë të lartë në kushte normale të funksionimit, duke siguruar që ato të mos ndërhyjnë në funksionimin e duhur të qarkut.

Së pari, identifikoni tensionin normal të funksionimit dhe pragun e tensionit maksimal që mund të dëmtojë përbërësit e qarkut.Zgjidhni një diodë Zener me një tension Zener pak mbi tensionin normal të funksionimit, por nën pragun e tensionit maksimal.Ky konfigurim siguron që dioda të aktivizohet për të kryer energji elektrike vetëm kur tensioni tejkalon gamën normale, duke mbrojtur kështu nga mbitensioni.

Së dyti, integroni diodën e zgjedhur Zener në qark paralelisht me përbërësin që ka për qëllim të mbrohet.Vendosja e saktë kërkohet pasi lejon diodën të shmangë tensionin e tepërt larg përbërësit të ndjeshëm.Shtoni një rezistencë kufizuese aktuale në seri me diodën Zener.Qëllimi i këtij rezistori është të kontrollojë rrjedhën e rrymës përmes diodës kur është aktive, duke parandaluar dëmtimin për shkak të rrymës së tepërt dhe sigurimit të qarkut të mbetet i qëndrueshëm dhe i sigurt në kushte të mbingarkesës.

Shembull operacional

Konsideroni një qark të krijuar për matjen e përmirësuar të densitetit të zhurmës.Këtu, një diodë zener vendoset pas furnizimit me energji me zhurmë të ulët, me një tension të prishjes pak mbi tensionin tipik të furnizimit për të trajtuar çdo luhatje.Dioda Zener vepron për të thithur thumba të tensionit dhe për të stabilizuar tensionin e daljes në qarqet pasuese.Një rezistencë me kufizim aktual të llogaritur me kujdes përdoret për të mbrojtur diodën zener në kushte të ndryshme të ngarkesës dhe për të siguruar prodhimin e vazhdueshëm të tensionit.

Për të trajtuar sinjalet e zhurmës, përfshini një kondensator bllokues DC për të filtruar përbërësit e DC dhe për të lejuar vetëm sinjalin e zhurmës AC përmes, duke siguruar që ai të jetë i lirë nga ndërhyrja DC.Sinjali i zhurmës më pas amplifikohet duke përdorur një amplifikues me zhurmë të ulët dhe ndoshta përmes amplifikimit shumë-fazor për të forcuar sinjalin pa ndryshuar integritetin e tij.Ky sinjal kalohet më pas përmes një filtri të bandës së vendosur midis 1KHz dhe 3kHz për të izoluar dhe matur zhurmën vetëm brenda intervalit të frekuencës së synuar, duke siguruar kështu saktësi në zbulimin dhe matjen.

Më në fund, sinjali matet duke përdorur një voltmetër të vërtetë RMS, i cili ofron saktësi dhe stabilitet të lartë.Duke zgjedhur me kujdes tensionin e Zener dhe duke konfiguruar rezistencën me kufizim aktual, një qark i mbrojtjes së mbivendosjes së diodës Zener siguron një zgjidhje të fortë për ruajtjen e pajisjeve elektronike nga ngjarje të papritura të tensionit të lartë, duke siguruar kështu qëndrueshmërinë dhe funksionimin e qëndrueshëm të pajisjeve elektronike.

Figura 11: Dioda Zener e përdorur në qarkun e matjes së densitetit të zhurmës

Si të mbroni qarqet nga mbitensioni?

Mbrojtja e përbërësve të ndjeshëm elektronikë, si mikrokontrolluesit, nga voltazhet e tepërta është thelbësore në hartimin e qarkut.Në mënyrë tipike, kunjat I/O të mikrokontrolluesit kanë një tolerancë maksimale të tensionit - shpesh 5V.Duke tejkaluar këtë kufi rrezikon të dëmtojë mikrokontrolluesin.Një metodë praktike për të mbrojtur këto përbërës përfshin ndërtimin e një qarku të mbrojtjes së mbivendosjes (OVP) duke përdorur dioda zener.

Për një qark ku tensioni normal i funksionimit është afër 5V, një diodë zener me një tension pak më të lartë të prishjes, siç është 5.1V, është ideal.Kjo siguron që në kushte normale (voltazhet nën 5.1V), dioda Zener mbetet jo-përcjellëse dhe nuk ndërhyn në funksionimin e qarkut.Kur tensioni i hyrjes tejkalon 5.1V, dioda zener aktivizohet, duke kryer rrymë dhe shtrëngimin e tensionit në afërsisht 5.1V për të parandaluar çdo dëmtim të përbërësve të qarkut në rrjedhën e poshtme.

Për të vërtetuar modelin, simuloni qarkun OVP duke përdorur softuerin Spice, siç është Cadence PSpice.Vendosni simulimin me një burim të tensionit (V1), një rezistencë me kufizime aktuale (R1) dhe diodën e zgjedhur Zener (D2).Në këtë skenar, supozoni një diodë zener 6.8V (p.sh., 1N4099) për provë.Nëse voltazhi i V1 tejkalon 6.8V, simulimi duhet të tregojë se tensioni i daljes është i kufizuar në mënyrë efektive në rreth 6.8V ose më pak, duke konfirmuar aftësinë mbrojtëse të diodës.

Me një tension hyrëse prej 6V, prodhimi duhet të mbetet i qëndrueshëm dhe afër hyrjes, duke treguar funksionimin normal.Në 6.8V, prodhimi duhet të përafrohet pak nën tensionin Zener, duke treguar angazhimin e diodës dhe stabilizimin e tensionit.Me rritjen e hyrjes në 7.5V (një gjendje e mbingarkesës), prodhimi duhet të qëndrojë ndjeshëm nën inputin, rreth 6.883V, duke demonstruar mbrojtje efektive kundër mbivoltazhit.Në varësi të nevojave specifike të qarkut, mund të zgjidhen diodat e zenerit me tensione të ndryshme të prishjes si 3.3V, 5.1V, 9.1V, ose 10.2V.Kjo fleksibilitet lejon projektuesit të përshtaten mbrojtjen e mbivendosjes ndaj kërkesave të sakta të aplikacionit, duke siguruar mbrojtje optimale.

Duke zgjedhur me kujdes diodën e përshtatshme Zener dhe duke simuluar me saktësi sjelljen e saj në kushte të ndryshme të tensionit, projektuesit mund të sigurojnë mbrojtje të fortë të mbingarkesës.Kjo qasje jo vetëm që parandalon dëmtimin e përbërësve delikatë të qarkut, por gjithashtu rrit besueshmërinë e përgjithshme dhe performancën e pajisjeve elektronike.

Figura 12: Diagrami i qarkut të diodës zener

Si të zgjidhni diodën e përshtatshme për mbrojtjen e mbivendosjes?

Zgjedhja e një diode efektive Zener për mbrojtjen e mbitensionit kërkon disa hapa kritikë për të siguruar që qarku të funksionojë në mënyrë të sigurt dhe efikase në të gjitha kushtet.

Përcaktoni tensionin e duhur zener

Identifikoni tensionin maksimal që duhet të trajtojë qarku.Për shembull, nëse dizajni specifikon që tensioni nuk duhet të kalojë 6.8V, një diodë Zener me një tension të prishjes prej 6.8V do të ishte ideal.

Nëse një ndeshje e saktë për tensionin e nevojshëm Zener nuk është i disponueshëm, zgjidhni vlerën më të afërt më të lartë.Për shembull, për të mbrojtur kundër mbingarkesës deri në 7V, një diodë zener 6.8V do të ishte një përafrim i përshtatshëm, duke kapur në mënyrë efektive tensionin pak nën pragun maksimal.

Llogaritni ngarkesën dhe rrymën e paragjykimit

Filloni duke llogaritur rrymën që zakonisht do të rrjedhë përmes ngarkesës;Supozoni se është 50mA.Shtoni rrymën e paragjykimit të nevojshme për funksionimin e diodës Zener në këtë figurë.Nëse dioda Zener kërkon një rrymë paragjykimi prej 10mA, kërkesa totale e rrymës do të ishte atëherë 60mA (rryma e ngarkesës 50mA plus rryma paragjykimi 10mA).

Përcaktoni vlerësimin e energjisë për diodën Zener

Llogaritni shpërndarjen e energjisë duke përdorur tensionin zener dhe rrymën totale.Me një tension zener prej 6.8V dhe një rrymë totale prej 60mA, shpërndarja e energjisë do të llogaritej si 6.8V x 0.060A = 0.408 vat.Zgjidhni një diodë Zener me një vlerësim të energjisë më të lartë se vlera e llogaritur për të siguruar besueshmërinë dhe sigurinë.Një diodë me një vlerësim 500MW do të sigurojë një diferencë të mjaftueshme.

Llogaritni vlerën e rezistencës aktuale kufizuese

Konstatoni tensionin maksimal që qarku mund të përjetojë, të themi 13V.Llogaritni rënien e tensionit në të gjithë rezistencën, që është ndryshimi midis tensionit të burimit dhe tensionit Zener: 13V - 6.8V = 6.2V.Duke përdorur ligjin e OHM, llogaritni vlerën e rezistencës së nevojshme: rënia e tensionit / rryma totale = 6.2V / 0.060A ≈ 103Ω.Ju mund ta rrumbullakosni këtë në një vlerë standarde të rezistencës si 100Ω për qëllime praktike.

Metoda e zbulimit të diodës zener

Për të identifikuar polaritetin e diodave Zener, mund të filloni duke ekzaminuar pamjen e tyre.Diodat e zenerit të kapsuluara me metal shpesh dallojnë polaritetin përmes formës së fytyrës së tyre fundore: Fundi i sheshtë tregon zakonisht elektrodën pozitive, ndërsa fundi gjysmërrethor shënon elektrodën negative.Për diodat zener të kapsuluara me plastikë, kërkoni një shenjë ngjyrash në terminalin negativ, duke ofruar një udhëzues të shpejtë vizual për polaritetin.

Për një metodë më të saktë, përdorimi i një multimetër të vendosur në testin e diodës ose një vendosje të ulët të rezistencës, siç është RX1K, është efektive.Lidhni sondat e multimetrit me diodën - një për secilën terminal.Vini re rezistencën e shfaqur, pastaj ndërroni sondat dhe matni përsëri.Vendosja që tregon rezistencë më të ulët do të ketë sondën e zezë në pozitive dhe të kuqe në terminalin negativ.Një rezistencë shumë e lartë ose shumë e ulët në të dy matjet mund të tregojë se dioda është e dëmtuar dhe nuk funksionon si duhet.

Figura 13: Diodat Zener

Kur matni vlerën e rregullimit të tensionit të një diode zener, duke përdorur një furnizim me energji DC të rregullueshme vazhdimisht këshillohet.Për diodat Zener të vlerësuara nën 13V, vendosni furnizimin me energji në 15V.Lidhni diodën në seri me një rezistencë me kufizim të rrymës 1.5kΩ midis katodës dhe prodhimit pozitiv të furnizimit me energji elektrike, dhe anodës në prodhimin negativ.Matni tensionin në të gjithë diodën duke përdorur një multimetër;Vlera e shfaqur do të jetë vlera e rregullimit të tensionit të diodës.

Figura 14: Format e zakonshme të diodës zener

Për diodat Zener me vlera rregullimi mbi 15V, rritni prodhimin e furnizimit me energji në mbi 20V për të siguruar një matje të saktë.Përndryshe, për diodat zener të tensionit të lartë, mund të përdoret një MegohMmeter i aftë për të dhënë deri në 1000V.Lidhni plumbin pozitiv të MegohMmeter në terminalin negativ të diodës dhe çon negativ në terminalin pozitiv.Rrotulloni dorezën e MegohMmeter me një shpejtësi të qëndrueshme dhe lexoni tensionin në të gjithë diodën duke përdorur një multimetër derisa të stabilizohet në tensionin e rregullimit të diodës.

Nëse vërehen luhatjet ose paqëndrueshmëria në vlerën e tensionit gjatë këtyre testeve, mund të tregojë se dioda ose po kryen në mënyrë të vazhdueshme ose është dëmtuar, duke kërkuar zëvendësimin e saj.

Madhësia e paketës së diodës zener

Figura 15: Dimensionet e paketës së diodës zener

Kur punoni me dioda Zener, duhet të njiheni me dimensionet e tyre fizike dhe paketimin.Dimensionet e këtyre diodave zakonisht sigurohen në inç, pas disa standardeve të prodhimit dhe preferencave të industrisë, megjithëse dimensionet e milimetrit janë gjithashtu në dispozicion për referencë.

Detajet e përshkrimit të paketës

Dimensionet e jashtme të paketës së një diode Zener, të cilat përfshijnë të dy diametrin (BD) dhe gjatësinë (BL), mund të rregullohen brenda kufijve të specifikuar.Kjo fleksibilitet lejon montimin me porosi në aplikacione të ndryshme, veçanërisht kur menaxhimi termik është një shqetësim.Nëse paketa e diodës Zener përfshin paste termike, të përdorur për të përmirësuar përcjelljen e nxehtësisë larg diodës, ky element duhet të konsiderohet në madhësinë totale të paketës.Sidoqoftë, kufizimet e zakonshme të madhësisë minimale për diametrin (BD) nuk zbatohen kur përfshihet pasta termike.Matja e gjatësisë (BL) duhet të përfshijë të gjithë paketën, të përfshirë paste termike.

Diametri pin v ariat jone

Në diodat Zener, diametri i kunjave mund të ndryshojë brenda paketës.Kjo jon v ariat strehon çdo parregullsi në përfundimin e pin ose devijime në seksione që nuk përfshijnë paste termike.Faktorë të tillë si trashësia e plating ose anomalitë e vogla të prodhimit mund të çojnë në ndryshime në madhësinë e pinit, të cilat janë të rëndësishme të merren parasysh gjatë proceseve të projektimit dhe montimit.

Përfaqësimi i simbolit për diametrin

Për të siguruar qartësi në dokumentacionin dhe konsistencën në modelet inxhinierike, madhësia e diametrit në vizatime dhe specifikime për diodat Zener i përmbahen standardit ASME Y14.5M.Ky standard dikton përdorimin e simbolit "ΦX" për të përfaqësuar diametrat, duke promovuar uniformitet dhe saktësi në vizatimet inxhinierike dhe duke ndihmuar në ruajtjen e qëndrueshmërisë në specifikimet e prodhimit.

Përfundim

Zhvillimi i diodave Zener i ka bërë ato të domosdoshme në elektronikën moderne, veçanërisht në rregullimin e tensionit dhe mbrojtjen e mbivendosjes.Karakteristikat e tyre unike të ndarjes së Zenerit dhe Avalancës u mundësojnë atyre të trajtojnë luhatjet e tensionit në mënyrë efektive.Krahasimi i strukturave dhe operacioneve të tyre me ato të diodave të sinjalit thellon të kuptuarit tonë për aplikimet e tyre specifike në modelet e qarkut.Sidoqoftë, ndërsa diodat Zener ofrojnë mbrojtje efikase, me kosto efektive të mbivendosjes, ato gjithashtu paraqesin sfida të tilla si konsumi i lartë i energjisë dhe nevoja për një menaxhim efektiv termik.Këto çështje nxjerrin në pah domosdoshmërinë për inovacionin dhe optimizimin e vazhdueshëm në hartimin e qarkut elektronik për të nxitur potencialin e plotë të diodave Zener.

Pyetjet e bëra më shpesh [FAQ]

1. Për çfarë përdoret një diodë zener?

Një diodë Zener përdoret kryesisht për rregullimin e tensionit, duke siguruar që edhe nëse tensioni i furnizimit luhatet, tensioni në të gjithë diodën Zener mbetet e qëndrueshme.Përdoret gjithashtu për mbrojtjen e mbivendosjes, duke mbrojtur elektronikë të ndjeshëm nga pikat e tensionit.

2. isfarë është mbrojtja e mbivendosjes?

Mbrojtja e mbivendosjes është një mekanizëm i mbrojtjes së qarkut që parandalon tensionin e tepërt nga dëmtimi i përbërësve elektronikë.Siguron që nivelet e tensionit të mbeten brenda kufijve të sigurt për përbërësit e qarkut.

3. Cilat janë qarqet e mbrojtjes së mbivendosjes?

Qarqet e mbrojtjes së mbivendosjes janë krijuar për të parandaluar që tensioni i tepërt nga arritja dhe dëmtimi i përbërësve.Këto qarqe zakonisht përdorin komponentë si dioda zener, varistorët, ose dioda të shtypjes së tensionit kalimtar (TVS) për të kapur tensionin në nivele të sigurta gjatë pikave të tensionit.

4. Cili është ndryshimi midis një diode normale dhe një diode zener?

Dallimi kryesor qëndron në trajtimin e tensionit të kundërt.Diodat normale bllokojnë rrymën në drejtim të kundërt dhe mund të dëmtohen nëse tensioni i kundërt tejkalon një prag të caktuar.Në të kundërt, diodat Zener janë krijuar jo vetëm që bllokojnë rrymën e kundërt, por edhe për të kryer në mënyrë të sigurt kur tensioni i kundërt tejkalon një nivel të paracaktuar, i njohur si tensioni i Zener, pa dëmtim.

5. Cili është parimi i punës i diodës Zener?

Një diodë Zener funksionon duke lejuar që rryma të rrjedhë në drejtimin e kundërt kur tensioni tejkalon tensionin e saj Zener.Kjo është për shkak të kryqëzimit të tij P-N të dopeduar shumë i cili krijon një rajon të ngushtë të varfërimit.Fushat e larta elektrike në këtë kryqëzim lejojnë që dioda zener të zhvillohet në të kundërt pa u dëmtuar, duke ruajtur kështu stabilitetin e tensionit në të gjithë atë.Kjo pronë është përdorur për rregullimin dhe mbrojtjen e tensionit në qarqet.