Zenerdiodes zijn normale PN-junctiediodes die in een omgekeerde voorgespannen toestand werken. De werking van de zenerdiode is vergelijkbaar met een PN-junctiediode in voorwaartse voorspanningstoestand, maar het unieke zit hem in het feit dat hij ook kan geleiden wanneer hij in tegengestelde richting is aangesloten boven zijn drempel- / doorslagspanning. Deze behoren tot de basistypen van diodes vaak gebruikt, afgezien van de normale diodes.

Zener Diode werkt

Halfgeleiderdiode in omgekeerde toestand

Als u zich kunt herinneren, wordt een eenvoudige PN-junctiediode gevormd door een combinatie van p-type halfgeleidermateriaal met een n-type halfgeleidermateriaal. Wanneer een zijde van een halfgeleiderkristal wordt gedoteerd met donoronzuiverheden en de andere zijde met acceptoronzuiverheden, wordt een PN-overgang gevormd.

Onbevooroordeelde halfgeleiderdiode

Onder normale omstandigheden hebben gaten van de p-kant de neiging om te diffunderen naar een gebied met een lage concentratie en hetzelfde gebeurt voor elektronen vanaf de n-kant.

Dus de gaten diffunderen naar de n-zijde en de elektronen diffunderen naar de p-zijde. Dit resulteert in de opeenhoping van ladingen rond de kruising, waardoor een uitputtingsgebied wordt gevormd.

Onafhankelijke halfgeleiderdiode

Een elektrische polariteit of elektrische dipool wordt gevormd over de kruising, waardoor de flux stroomt vanaf de n-zijde bovenzijde. Dit resulteert in een variërende negatieve elektrische veldintensiteit, waardoor een elektrische potentiaal over de junctie wordt gegenereerd. Deze elektrische potentiaal is eigenlijk de drempelspanning van de diode en is ongeveer 0,6V voor silicium en 0,2V voor germanium. Dit fungeert als een potentiële barrière voor de stroom van meerderheidsladingsdragers en het apparaat geleidt niet.

Wanneer nu een normale diode zodanig is voorgespannen dat een negatieve spanning wordt aangelegd aan de n-zijde en een positieve spanning aan de p-zijde, wordt gezegd dat de diode in voorwaartse voorspanning staat. Deze aangelegde spanning heeft de neiging de potentiaalbarrière te verlagen nadat deze de drempelspanning overschrijdt.

Op dit punt en daarna passeren de meeste dragers de potentiaalbarrière en begint het apparaat te geleiden met de stroom er doorheen.

Wanneer de diode wordt voorgespannen in omgekeerde toestand als hierboven, is de aangelegde spanning zodanig dat deze bijdraagt aan de potentiële barrière en de stroom van meerderheidsdragers belemmert. Het laat echter wel de stroom van minderheidsdragers toe (gaten in n-type en elektronen in p-type). Naarmate deze tegengestelde voorspanning toeneemt, heeft de tegenstroom de neiging geleidelijk toe te nemen.

Op een bepaald punt is deze spanning zodanig dat het de afbraak van het uitputtingsgebied veroorzaakt, waardoor de stroomsterkte enorm toeneemt. Dit is waar de werking van de zenerdiode in het spel komt.

Het principe achter Zener diode Working

Zoals hierboven vermeld, ligt het basisprincipe achter de werking van een zenerdiode in de oorzaak van het uitvallen van een diode in omgekeerde voorgespannen toestand. Normaal gesproken zijn er twee soorten storingen: Zener en Avalanche.

“gemeenschappelijke anode versus gemeenschappelijke kathode 7 segment ”

Principe achter de werking van de zenerdiode

Zener-uitsplitsing

Dit type storing treedt op bij een sperspanning tussen 2 en 8V. Zelfs bij deze lage spanning is de elektrische veldintensiteit sterk genoeg om een kracht uit te oefenen op de valentie-elektronen van het atoom zodat ze gescheiden zijn van de kernen. Dit resulteert in de vorming van mobiele elektron-gatparen, waardoor de stroom door het apparaat toeneemt. De geschatte waarde van dit veld is ongeveer 2 * 10 ^ 7 V / m.

Dit type storing treedt normaal op bij een sterk gedoteerde diode met een lage doorslagspanning en een groter elektrisch veld. Naarmate de temperatuur stijgt, krijgen de valentie-elektronen meer energie om de covalente binding te verstoren en is er minder externe spanning nodig. De Zener-doorslagspanning neemt dus af met de temperatuur.

Lawine-uitval

Dit type storing vindt plaats bij de omgekeerde voorspanning van meer dan 8V en hoger. Het komt voor bij licht gedoteerde diodes met een grote doorslagspanning. Omdat minderheidsladingsdragers (elektronen) door het apparaat stromen, hebben ze de neiging om met de elektronen in de covalente binding te botsen en de covalente binding te verstoren. Naarmate de spanning toeneemt, neemt ook de kinetische energie (snelheid) van de elektronen toe en worden de covalente bindingen gemakkelijker verbroken, waardoor het aantal elektron-gatparen toeneemt. De doorslagspanning van de lawine neemt toe met de temperatuur.

3 Zener-diodetoepassingen

1. Zenerdiode als spanning

In een DC-circuit kan de zenerdiode worden gebruikt als spanningsregelaar of als spanningsreferentie. Het belangrijkste gebruik van een zenerdiode ligt in het feit dat de spanning over een zenerdiode constant blijft voor een grotere stroomverandering. Dit maakt het mogelijk om een zenerdiode te gebruiken als constant spanningsapparaat of als spanningsregelaar.

In elke voeding circuit wordt een regelaar gebruikt om een constante uitgangsspanning (belasting) te leveren, ongeacht variatie in ingangsspanning of variatie in belastingsstroom. De variatie in ingangsspanning wordt lijnregeling genoemd, terwijl de variatie in belastingsstroom belastingsregeling wordt genoemd.

Zenerdiode als spanningsregelaar

Een eenvoudig circuit met een zenerdiode als regelaar vereist een weerstand van de lage waarde die in serie is geschakeld met de ingangsspanningsbron. De lage waarde is nodig om de maximale stroom door de parallel geschakelde diode mogelijk te maken. De enige beperking is echter dat de stroom door de zenerdiode niet minder mag zijn dan de minimale zenerdiodestroom. Simpel gezegd, voor een minimale ingangsspanning en een maximale belastingsstroom, moet de zenerdiodestroom altijd I zijn_zmin.

Bij het ontwerpen van een spanningsregelaar met behulp van een zenerdiode, wordt de laatste gekozen met betrekking tot het maximale vermogen. Met andere woorden, de maximale stroom door het apparaat moet zijn: -

ik_{max. hoogte}= Vermogen / Zener-spanning

Omdat de ingangsspanning en de vereiste uitgangsspanning bekend zijn, is het gemakkelijker om een zenerdiode te kiezen met een spanning die ongeveer gelijk is aan de belastingsspanning, d.w.z. Vz ~ = V_of

De waarde van de serieweerstand wordt zo gekozen

“wat is een continuïteitstester? ”

R = (V_in- V_met)/(IK_zmin+ Ik_L.), waar ik_L.= Laadspanning / belastingsweerstand.

Merk op dat voor belastingsspanningen tot 8V een enkele zenerdiode kan worden gebruikt. Voor belastingsspanningen van meer dan 8V, die zenerspanningen met een hogere spanningswaarde vereisen, is het echter raadzaam om een voorwaarts gerichte diode in serie met de zenerdiode te gebruiken. Dit komt omdat de zenerdiode bij hogere spanning het lawinedoorslagprincipe volgt, met een positieve temperatuur van de coëfficiënt.

Daarom wordt een negatieve temperatuurcoëfficiëntdiode gebruikt voor compensatie. Tegenwoordig worden natuurlijk praktische, temperatuurgecompenseerde zenerdiodes gebruikt.

2. Zenerdiode als spanningsreferentie

Zenerdiode als spanningsreferentie

In voedingen en vele andere circuits vindt zenerdiode zijn toepassing als een constante spanningsaanbieder of een spanningsreferentie. De enige voorwaarden zijn dat de ingangsspanning groter moet zijn dan de zenerspanning en dat de serieweerstand een minimale waarde moet hebben zodat de maximale stroom door het apparaat vloeit.

3. Zenerdiode als spanningsklem

In een circuit met de AC-ingangsbron, anders dan normaal PN-diode klemschakeling kan ook een zenerdiode worden gebruikt. De diode kan worden gebruikt om de piek van de uitgangsspanning te beperken tot zenerspanning aan de ene kant en tot ongeveer 0V aan de andere kant van de sinusvormige golfvorm.

“waar zijn lcd-schermen van gemaakt? ”

zenerdiode als spanningsklem

In het bovenstaande circuit, tijdens een positieve halve cyclus, als de ingangsspanning zodanig is dat de zenerdiode in tegengestelde richting is voorgespannen, is de uitgangsspanning gedurende een bepaalde tijd constant totdat de spanning begint af te nemen.

Nu, tijdens de negatieve halve cyclus, bevindt de zenerdiode zich in een vooringestelde verbinding. Naarmate de negatieve spanning toeneemt tot de drempelspanning voor doorsturen, begint de diode te geleiden en wordt de negatieve kant van de uitgangsspanning beperkt tot de drempelspanning.

Merk op dat om een uitgangsspanning alleen in het positieve bereik te krijgen, twee tegengesteld voorgespannen zenerdiodes in serie moeten worden gebruikt.

Werktoepassingen van zenerdiode

Met de groeiende populariteit van smartphones, Android-gebaseerde projecten hebben tegenwoordig de voorkeur. Bij deze projecten wordt gebruikgemaakt van Bluetooth op technologie gebaseerde apparaten. Deze Bluetooth-apparaten hebben een spanning van ongeveer 3V nodig om te kunnen werken. In dergelijke gevallen wordt een zenerdiode gebruikt om een 3V-referentie naar het Bluetooth-apparaat te geven.

Werkende toepassing van zenerdiode met een Bluetooth-apparaat

Een andere toepassing betreft het gebruik van een zenerdiode als spanningsregelaar. Hier wordt de wisselspanning gelijkgericht door de diode D1 en gefilterd door de condensator. Deze gefilterde gelijkspanning wordt geregeld door de diode om een constante referentiespanning van 15V te leveren. Deze gereguleerde gelijkspanning wordt gebruikt om het stuurcircuit aan te drijven, dat wordt gebruikt om het schakelen van licht te regelen, zoals in een geautomatiseerd lichtregelsysteem.

Zener diode spanningsregeling toepassing

We hopen dat we precieze maar essentiële informatie hebben kunnen verstrekken over de werking van zenerdiodes en de toepassingen ervan. Hier is een simpele vraag voor de lezers: waarom hebben regulator-IC's de voorkeur boven zenerdiode in gereguleerde gelijkstroomvoeding?

Geef uw antwoorden en natuurlijk uw feedback in het commentaargedeelte hieronder.

Fotocredits