Paano gumagana ang isang zener diode

Ang Zener diode o zener diode (semiconductor zener diode) ay isang espesyal na diode na gumagana sa isang stable na breakdown mode sa ilalim ng reverse bias na mga kondisyon ng pn junction. Hanggang sa mangyari ang pagkasira na ito, isang napakaliit na kasalukuyang lamang ang dumadaloy sa zener diode, ang kasalukuyang pagtagas, dahil sa mataas na pagtutol ng saradong zener diode.

Ngunit kapag may naganap na fault, agad na tumataas ang kasalukuyang dahil ang differential resistance ng zener ay nasa puntong ito mula sa mga fraction hanggang sa daan-daang ohms. Sa ganitong paraan, ang boltahe sa zener diode ay pinananatili nang tumpak sa isang medyo malawak na hanay ng mga reverse currents.

Ang Zener diode ay tinatawag na Zener diode (mula sa Ingles na Zener diode) bilang parangal sa siyentipiko na unang nakatuklas ng phenomenon ng pagkasira ng lagusan, ang American physicist na si Clarence Melvin Zener (1905 — 1993).

Ang electrical breakdown ng pn junction, na natuklasan ni Zener, na may kaugnayan sa tunneling effect, ang phenomenon ng electron leakage sa pamamagitan ng manipis na potensyal na hadlang, ay tinatawag na ngayong zener effect, na ngayon ay nagsisilbi sa semiconductor Zener diodes.

Ang pisikal na larawan ng epekto ay ang mga sumusunod.Sa reverse bias ng p-n junction, ang mga energy band ay magkakapatong at ang mga electron ay maaaring lumipat mula sa valence band ng p-region patungo sa conduction band ng n-region, dahil sa electric field, pinapataas nito ang bilang ng mga carrier ng libreng bayad, at ang reverse current ay tumataas nang husto.

Kaya, ang pangunahing layunin ng zener diode ay upang patatagin ang boltahe. Ang industriya ay gumagawa ng semiconductor zener diodes na may stabilization voltages mula 1.8 V hanggang 400 V, mataas, katamtaman at mababang kapangyarihan, na naiiba sa maximum na pinapayagang reverse current.

Ang mga simpleng stabilizer ng boltahe ay ginawa sa batayan na ito. Sa mga diagram, ang zener diodes ay ipinahiwatig ng isang simbolo na katulad ng simbolo ng diode, na may pagkakaiba lamang na ang cathode ng zener diodes ay inilalarawan sa anyo ng titik «G».

Ang Zener diodes na may latent integrated structure, na may stabilization voltage na humigit-kumulang 7 V, ay ang pinaka-tumpak at stable na solid-state na boltahe na pinagmumulan ng sanggunian: ang kanilang pinakamahusay na mga halimbawa ay katangiang malapit sa normal na Weston galvanic cell (mercury cadmium reference galvanic cell) .

Ang mga high-voltage avalanche diodes ("TVS-diodes" at "suppressors"), na malawakang ginagamit sa mga surge protection circuit ng lahat ng uri ng kagamitan, ay nabibilang sa isang espesyal na uri ng zener diodes.

Tulad ng nakikita mo, ang zener diode, hindi katulad ng conventional diode, ay gumagana sa reverse branch ng I - V na katangian. Sa isang ordinaryong diode, kung ang isang reverse boltahe ay inilapat dito, ang pagkabigo ay maaaring mangyari sa isa sa tatlong paraan (o lahat nang sabay-sabay): pagkasira ng tunnel, pagkasira ng avalanche, at pagkasira dahil sa thermal heating mula sa mga leakage currents.

Ang thermal breakdown ng silicon zener diodes ay hindi mahalaga dahil ang mga ito ay idinisenyo upang ang alinman sa tunnel breakdown, avalanche breakdown, o parehong uri ng breakdown ay mangyari nang sabay-sabay bago pa ang thermal breakdown trend. Ang mga serye ng zener diode ay kasalukuyang halos gawa sa silikon.

Ang pagkasira sa boltahe sa ibaba 5 V ay isang pagpapakita ng epekto ng Zener, ang pagkasira sa itaas ng 5 V ay isang pagpapakita ng pagkasira ng avalanche. Ang intermediate breakdown voltage na humigit-kumulang 5 V ay kadalasang nagreresulta mula sa kumbinasyon ng dalawang epektong ito. Ang lakas ng electric field sa sandali ng pagkasira ng zener diode ay halos 30 MV / m.

Ang Zener diode breakdown ay nangyayari sa moderately doped p-type semiconductors at heavily doped n-type semiconductors. Habang tumataas ang temperatura ng junction, bumababa ang zener diode stripping at tumataas ang kontribusyon ng avalanche breakdown.

Ang Zener diodes ay may mga sumusunod na tipikal na katangian. Vz - boltahe ng pagpapapanatag. Tinukoy ng dokumentasyon ang dalawang halaga para sa parameter na ito: ang maximum at minimum na boltahe ng pagpapapanatag. Ang Iz ay ang pinakamababang kasalukuyang stabilization. Ang Zz ay ang paglaban ng zener diode. Izk at Zzk — kasalukuyan at dynamic na pagtutol sa direktang kasalukuyang. Ang Ir at Vr ay ang pinakamataas na kasalukuyang pagtagas at boltahe sa isang naibigay na temperatura. Ang Tc ay ang koepisyent ng temperatura. Izrm - pinakamataas na kasalukuyang stabilization ng zener diode.

Ang mga diode ng Zener ay malawakang ginagamit bilang mga independiyenteng elemento ng pag-stabilize, pati na rin bilang mga mapagkukunan ng mga boltahe ng sanggunian (mga boltahe ng sanggunian) sa mga stabilizer ng transistor.

Upang makakuha ng maliliit na boltahe ng sanggunian, ang mga zener diode ay inililipat din sa direksyon ng pasulong, tulad ng mga ordinaryong diode, kung gayon ang boltahe ng stabilization ng isang zener diode ay magiging 0.7 — 0.8 volts.

Ang pinakamataas na kapangyarihan na natatanggal ng katawan ng isang zener diode ay karaniwang nasa hanay na 0.125 hanggang 1 watt. Ito, bilang panuntunan, ay sapat na para sa normal na operasyon ng mga proteksiyon na circuit laban sa ingay ng salpok at para sa pagtatayo ng mga low-power stabilizer.