Zener diyot - nedir ve ne işe yarar?

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-02 14:04

Bir zener diyotu, benzersiz özelliklere sahip bir yarı iletken diyottur. Sıradan bir yarı iletken, tekrar açıldığında bir yalıtkansa, bu işlevi, uygulanan voltajda belirli bir artışa kadar gerçekleştirir ve ardından çığ benzeri geri dönüşümlü bir arıza meydana gelir. Zener diyottan geçen ters akımın daha da artmasıyla, dirençteki orantılı azalma nedeniyle voltaj sabit kalmaya devam eder. Bu şekilde stabilizasyon moduna ulaşmak mümkündür.

Kapalı durumda, önce zener diyottan küçük bir kaçak akım geçer. Eleman, direnç değeri büyük olan bir direnç gibi davranır. Bozulma sırasında zener diyotun direnci ihmal edilebilir hale gelir. Girişteki voltajı artırmaya devam edersek, eleman ısınmaya başlar ve akım izin verilen değeri aştığında geri dönüşü olmayan birtermal bozulma. Eğer madde getirilmezse, voltaj sıfırdan çalışma alanının üst sınırına kadar değiştiğinde zener diyotun özellikleri korunur.

Bir zener diyotu doğrudan açıldığında, karakteristikler bir diyotla aynıdır. Artı p-bölgesine ve eksi n-bölgesine bağlandığında, geçiş direnci küçüktür ve akım bu bölgeden serbestçe akar. Giriş voltajı arttıkça yükselir.

Zener diyot, çoğunlukla ters yönde bağlanan özel bir diyottur. Eleman kapalı durumda birincidir. Elektrik arızası durumunda voltaj zener diyotu geniş bir akım aralığında sabit kalmasını sağlar.

Anoda bir eksi ve katoda bir artı uygulanır. Stabilizasyonun ötesinde (2. noktanın altında), aşırı ısınma meydana gelir ve eleman arızası olasılığı artar.

Özellikler

Zener parametreleri aşağıdaki gibidir:

• U_st - nominal akımda stabilizasyon voltajı I_st;
• I_{st min - minimum elektrik kesintisi başlatma akımı;}
• I_{st max - izin verilen maksimum akım;}
• TKN - sıcaklık katsayısı.

Geleneksel bir diyotun aksine, bir zener diyot, elektriksel ve termal bozulma bölgelerinin akım-voltaj karakteristiğinde oldukça uzak olduğu bir yarı iletken cihazdır.

İzin verilen maksimum akımla ilişkilendirilen, genellikle şurada belirtilen bir parametredir:tablolar - güç tüketimi:

P_max=I_{st max}∙ U_st.

Zener diyotun sıcaklığa bağımlılığı pozitif veya negatif olabilir. Elemanları farklı işaret katsayılarıyla seri bağlayarak, ısıtma veya soğutmaya bağlı olmayan hassas zener diyotları oluşturulur.

Etkileme şemaları

Basit bir dengeleyicinin tipik devresi, bir balast direnci R_{b ve yükü şöntleyen bir zener diyottan oluşur.}

Bazı durumlarda stabilizasyon ihlali söz konusudur.

1. Çıkışta bir filtreleme kapasitörü varlığında güç kaynağından büyük bir voltajın dengeleyicisine sunulması. Şarj olurken akım dalgalanmaları, zener diyotunun arızalanmasına veya R_{b direncinin tahrip olmasına neden olabilir.}
2. Yük kapatma. Girişe maksimum voltaj uygulandığında, zener diyotun akımı izin verilen değeri aşabilir ve bu da ısınmasına ve tahrip olmasına neden olur. Burada güvenli çalışma pasaportu alanını gözlemlemek önemlidir.
3. Direnç R_{b, mümkün olan minimum besleme voltajında ve yükte izin verilen maksimum akımda, zener diyotu çalışma düzenleme bölgesinde olacak şekilde küçük seçilir.}

Stabilizatörü korumak için tristör koruma devreleri veya sigortalar kullanılır.

Direnç R_{b şu formülle hesaplanır:}

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

Mevcutzener diyot I_st, giriş voltajına U_pit ve yük akımına I _{bağlı olarak izin verilen maksimum ve minimum değerler arasında seçilir n.}

Zener Seçimi

Elementler, stabilizasyon voltajında geniş bir yayılıma sahiptir. U_{n'nin tam değerini elde etmek için, aynı partiden zener diyotları seçilir. Daha dar bir parametre aralığına sahip türler vardır. Yüksek güç dağılımı ile elemanlar radyatörlere monte edilir.}

Zener diyotun parametrelerini hesaplamak için başlangıç verileri gereklidir, örneğin bunlar:

• U_{pit=12-15 V - giriş voltajı;}
• U_{st=9 V - stabilize voltaj;}
• R_{n=50-100 mA - yük.}

Parametreler, düşük güç tüketimine sahip cihazlar için tipiktir.

12 V'luk bir minimum giriş voltajı için, yükteki akım maksimum - 100 mA olarak seçilir. Ohm yasasına göre devrenin toplam yükünü bulabilirsiniz:

R_{∑=12 V / 0.1 A=120 Ohm.}

Zener diyotunda voltaj düşüşü 9 V'tur. 0,1 A'lık bir akım için eşdeğer yük:

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

Artık balastın direncini belirleyebilirsiniz:

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

Değerin hesaplananla aynı olduğu standart satırdan seçilir.

Zener diyottan geçen maksimum akım, herhangi bir tel lehimlenmemişse arızalanmaması için yükün bağlantısının kesilmesi dikkate alınarak belirlenir. Dirençteki voltaj düşüşü şöyle olacaktır:

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

Ardından dirençten geçen akım belirlenir:

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

Zener diyot onunla seri bağlı olduğundan, I_c=I_{R=0,2 A.}

Güç kaybı P=0,2∙9=1,8 W olacaktır.

Elde edilen parametrelere göre uygun bir Zener diyot D815V seçilir.

Simetrik zener diyot

Simetrik diyot tristör, alternatif akım ileten bir anahtarlama cihazıdır. Çalışmasının bir özelliği, 30-50 V aralığında açıldığında birkaç volta kadar voltaj düşüşüdür. İki karşı bağlantılı geleneksel zener diyot ile değiştirilebilir. Cihazlar anahtarlama elemanları olarak kullanılır.

Bir zener diyotunun analogu

Uygun bir eleman bulmak mümkün olmadığında, transistörler üzerinde bir zener diyotun analogunu kullanırlar. Avantajları, voltaj regülasyonu olasılığıdır. Bunun için çok kademeli DC amplifikatörler kullanılabilir.

Girişe R1 trimleme direncine sahip bir voltaj bölücü takılıdır. Giriş voltajı artarsa, transistör VT1 temelinde de artar. Aynı zamanda, transistör VT2'den geçen akım artar, bu da voltajdaki artışı telafi eder ve böylece çıkışta sabit kalmasını sağlar.

Zener diyotlarının işaretlenmesi

Cam zener diyotlar ve plastik kasalarda zener diyotlar üretilmektedir. İlk durumda, aralarında V harfinin bulunduğu 2 sayı uygulanır.9V1 yazısı şu anlama gelir:U_{st=9, 1 V.}

Plastik kasanın üzerindeki yazılar, diğer parametreleri de bulabileceğiniz bir veri sayfası kullanılarak deşifre edilir.

Kasadaki koyu halka, artının bağlı olduğu katodu gösterir.

Sonuç

Bir zener diyotu, özel özelliklere sahip bir diyottur. Zener diyotların avantajı, çok çeşitli çalışma akımı değişiklikleri ve basit bağlantı şemaları ile yüksek düzeyde voltaj stabilizasyonudur. Küçük bir voltajı stabilize etmek için cihazlar ileri yönde açılır ve sıradan diyotlar gibi çalışmaya başlarlar.