Jaké jsou hlavní parametry zenerovy diody?

Zenerova dioda je speciální polovodičová dioda, která pracuje v průrazném režimu a je určena ke stabilizaci napětí. V zahraniční literatuře se zenerova dioda nazývá Zenerova dioda, pojmenovaná po Clarence Zenerovi, který objevil jeden z mechanismů elektrického průrazu. Obecně existují tunelové, lavinové a tepelné poruchy. Na prvních dvou fungují zenerovy diody, ale na poslední selhávají. Ale nebudeme mluvit o poruchách, musíme pochopit, co je zenerova dioda, jaký je princip její činnosti a jak ji lze použít.

Na elektrických schématech je zenerova dioda označena symbolem diody s malou vlnovkou na katodě a písmenem VD.

Existují i ​​další varianty označení zenerových diod, které se používají v zahraničních obvodech.

Jak je vidět z obrázku, zenerova dioda má dva vývody – katodu a anodu. Proto existují pouze dvě možnosti, jak jej povolit:

– zapínání v propustném směru, když je anoda připojena ke zdroji plus a katoda na mínus,
– zapínání v opačném směru, kdy je anoda připojena na mínus zdroje a katoda na plus.

V přímém zapojení se zenerova dioda chová jako běžná dioda, ale v opačném zapojení dochází ke stejnému průrazu u zenerovy diody. Abychom pochopili, co se stane, podívejme se na charakteristiku proudového napětí zenerovy diody.

Pravá strana grafu je charakteristika zenerovy diody, na kterou je přivedeno napětí v propustném směru. Levá část grafu je charakteristika zenerovy diody, na kterou je přivedeno zpětné napětí. Je to podobné jako u diody, ale k průrazu (oblasti, kde se graf ohýbá) zenerovy diody dochází mnohem dříve než diody. Zajímá nás levá strana grafu.

Zenerovu diodu jsme tedy připojili ke zdroji v opačném směru a začali pomalu zvyšovat napětí. Dokud je přiváděné napětí menší než průrazné napětí, roste, zenerovou diodou protéká nepatrný svodový proud Io (mikroampéry nebo i méně), nedochází k průrazu. V této sekci se zenerova dioda chová jako rezistor s velmi vysokým odporem.

V určitém okamžiku se proud začne zvyšovat a napětí zpomalí jeho růst – to znamená, že nastane počáteční fáze rozpadu zenerovy diody. Jeho odpor klesá, což lze pozorovat „prohnutím“ charakteristiky proud-napětí.

S dalším zvýšením napětí napájecího zdroje se proud zenerovou diodou výrazně zvýší, ale napětí ne. Zenerova dioda se chová jako rezistor s nízkým odporem. Jedná se o pracovní úsek charakteristiky, kde je napětí na zenerově diodě, zhruba řečeno, konstantní.

Znovu zvýšíme napětí, proud se stále zvyšuje a zenerova dioda se začne zahřívat. Když proud překročí maximální přípustnou hodnotu, zenerova dioda se přehřeje a selže.

Pokud nedovedete věc k tepelnému průrazu, ale snížíte napětí na nulu, charakteristika proud-napětí se bude opakovat v opačném směru.

Jaké parametry charakterizují zenerovu diodu? Základními parametry jsou stabilizační napětí, minimální stabilizační proud a ztrátový výkon.

Stabilizační napětí Ust (v zahraniční literatuře Uz, zenerovo napětí) – to je, zhruba řečeno, provozní napětí zenerovy diody. A pokud je to chytré, pak je to napětí na zenerově diodě během průchodu daného stabilizačního proudu.

Zenerovy diody stejného typu mají zpravidla malý rozptyl stabilizačního napětí, proto dokumentace uvádí minimální, jmenovité a maximální stabilizační napětí při dané teplotě a proudu.

Minimální stabilizační proud Ist min (Iz) – hodnota proudu, při které zenerova dioda „vstoupí“ do své pracovní části charakteristiky proud-napětí. Ve skutečnosti je to bod, od kterého začíná „zlom“ charakteristiky.

Ztrátový výkon zenerovy diody P — parametr, který určuje maximální přípustný proud zenerovy diody. Pokud předpokládáme, že se napětí na zenerově diodě v provozním režimu nemění, pak lze maximální proud vypočítat jako P/Ust. Můžete také odhadnout maximální proud v dopředném směru P/Uf = P / 0,7. Ztrátový výkon zenerovy diody závisí na konstrukci jejího pouzdra (a oblasti pn přechodu). Obvykle je tento parametr uveden v části „absolutní maximální hodnocení“.

Typický obvod připojení zenerovy diody je jednoduchý obvod stabilizátoru napětí. Obsahuje zenerovu diodu a odpor omezující proud (na schématu není znázorněn zdroj a zátěž). Na vstup obvodu je přivedeno nestabilizované stejnosměrné napětí, které je o několik voltů vyšší než stabilizační napětí na výstupu obvodu, získá se stabilizované napětí rovné Uz (stabilizační napětí) použité zenerovy diody.

Takový stabilizátor napětí lze použít pro napájení obvodů s nízkým výkonem, protože kvůli rezistoru není schopen „dodat“ velký proud do zátěže.

Jak je vidět z obrázku, vstupní proud je rozdělen mezi zenerovu diodu a zátěž. Pokud zátěž nespotřebovává proud, zenerova dioda „vezme“ veškerý proud na sebe, a pokud je její hodnota velká, může se spálit. Pokud se zátěžový proud zvětší, pak zenerova dioda „dostane“ méně proudu, napětí na ní klesne a již nemůže plnit své funkce.

Hodnota odporu R1 se vypočítá podle vzorce:

R = (Uin – Uz)/(Iz + I)

kde Uin je vstupní napětí (V),
Uz – jmenovité stabilizační napětí (V),
Iz – proud zenerovy diody (A),
I – zatěžovací proud (A).

Proud zenerovy diody Iz je třeba volit mezi minimální a maximální hodnotou na základě změn vstupního napětí a zatěžovacího proudu. Minimální stabilizační proud je uveden v dokumentaci a maximální proud lze vypočítat z maximálního ztrátového výkonu.

Před mnoha a mnoha lety takové slovo jako zenerova dioda vůbec neexistovalo. Zejména ve vybavení domácnosti.

Zkusme si představit objemný elektronkový přijímač z poloviny dvacátého století. Mnozí je obětovali své vlastní zvědavosti, když máma a táta získali něco nového a „Record“ nebo „Neman“ byli rozdáni na roztrhání na kusy.

Napájení elektronkového přijímače bylo extrémně jednoduché: výkonná kostka výkonového transformátoru, která měla většinou jen dvě sekundární vinutí, diodový můstek nebo selenový usměrňovač, dva elektrolytické kondenzátory a mezi nimi dvouwattový odpor.

První vinutí napájelo vlákno všech lamp přijímače střídavým proudem a napětím 6,3 V (voltů) a asi 240 V přicházelo do primitivního usměrňovače pro napájení anod lamp. O nějaké stabilizaci napětí nebyla řeč. Vzhledem k tomu, že příjem rozhlasových stanic byl prováděn na dlouhých, středních a krátkých vlnách s velmi úzkým pásmem a hroznou kvalitou, přítomnost nebo absence stabilizace napájecího napětí tuto kvalitu vůbec neovlivnila a prostě nemohla být slušná automatická regulace frekvence na této elementové základně.

Stabilizátory se v té době používaly pouze ve vojenských přijímačích a vysílačích, samozřejmě i elektronkových. Například: SG1P – plynový výboj, prstový stabilizátor. To pokračovalo, dokud se neobjevily tranzistory. A pak se ukázalo, že obvody vyrobené na tranzistorech jsou velmi citlivé na kolísání napájecího napětí a obyčejný jednoduchý usměrňovač už nelze použít. Použitím fyzikálního principu, který je vlastní zařízením s plynovým výbojem, byla vytvořena polovodičová zenerova dioda, méně běžně nazývaná Zenerova dioda.

Grafické znázornění zenerovy diody na schématech zapojení.

Vzhled zenerových diod. První shora v krytu pro povrchovou montáž. Druhý shora je ve skleněné vitríně DO-35 a má výkon 0,5W. Třetí je 1 W (DO-41). Zenerovy diody se přirozeně vyrábějí v různých pouzdrech. Někdy jsou dva prvky kombinovány v jednom krytu.

Princip činnosti zenerovy diody.

Především bychom neměli zapomínat, že zenerova dioda funguje pouze ve stejnosměrných obvodech. Napětí je na něj aplikováno v obrácené polaritě, to znamená, že na anodu zenerovy diody bude přivedeno mínus „-“. Když je zapnutý tímto způsobem, protéká jím zpětný proud (jsem arr.) z usměrňovače. Napětí z výstupu usměrňovače se může změnit, změní se i zpětný proud, ale napětí na zenerově diodě a na zátěži zůstane nezměněné, tedy stabilní. Následující obrázek ukazuje proudově napěťovou charakteristiku zenerovy diody.

Zenerova dioda pracuje na reverzní větvi proudově-napěťové charakteristiky (voltampérová charakteristika), jak je znázorněno na obrázku. Mezi jeho hlavní parametry patří U sv. (stabilizační napětí) a já sv.. (stabilizační proud). Tyto údaje jsou uvedeny v pasu pro konkrétní typ zenerovy diody. Navíc se hodnota maximálního a minimálního proudu bere v úvahu pouze při výpočtu stabilizátorů s předpokládanou velkou změnou napětí.

Základní parametry zenerových diod.

Abyste mohli vybrat správnou zenerovu diodu, musíte porozumět značení polovodičových zařízení. Dříve byly všechny typy diod, včetně zenerových diod, označeny písmenem „D“ a číslem označujícím, o jaký druh zařízení se jedná. Zde je příklad velmi oblíbené zenerovy diody D814 (A, B, C, D). V dopise bylo uvedeno stabilizační napětí.

Nedaleko jsou pasová data moderní zenerovy diody (2C147A), která se používala ve stabilizátorech k napájení obvodů založených na populární řadě mikroobvodů K155 a K133 vyrobených pomocí technologie TTL a s napájecím napětím 5V.

Chcete-li porozumět značení a základním parametrům moderních domácích polovodičových zařízení, musíte vědět trochu o symbolech. Vypadají takto: číslo 1 nebo písmeno G – germanium, číslo 2 nebo písmeno K – křemík, číslo 3 nebo písmeno A – arsenid gallia. Toto je první znamení. D – dioda, T – tranzistor, S – zenerova dioda, L – LED. Toto je druhé znamení. Třetí znak je skupina čísel označující rozsah použití zařízení. Odtud: GT 313 (1T 313) – vysokofrekvenční germaniový tranzistor, 2S147 – křemíková zenerova dioda s jmenovitým stabilizačním napětím 4,7 V, AL307 – galliumarsenid LED.

Zde je schéma jednoduchého, ale spolehlivého stabilizátoru napětí.

Mezi kolektor výkonného tranzistoru a pouzdro z usměrňovače je přiváděno napětí 12–15 voltů. Z emitoru tranzistoru odstraníme stabilizované napětí 9V, protože jako zenerovu diodu VD1 používáme spolehlivý prvek D814B (viz tabulka). Rezistor R1 je 1 kOhm, tranzistor KT819 poskytuje proud až 10 ampér.

Tranzistor musí být umístěn na chladiči. Jedinou nevýhodou tohoto obvodu je nemožnost upravit výstupní napětí. Ve složitějších obvodech je samozřejmě ladicí odpor. Všechny laboratorní i domácí radioamatérské zdroje mají možnost upravit výstupní napětí od 0 do 20 – 25 voltů.

Integrální stabilizátory.

Rozvoj integrované mikroelektroniky a vznik multifunkčních obvodů středního a velkého stupně integrace samozřejmě ovlivnil i problémy spojené se stabilizací napětí. Domácí průmysl se napjal a uvolnil na trh radioelektronických součástek řadu K142, která se skládala z integrovaných stabilizátorů. Celý název produktu byl KR142EN5A, ale protože tělo bylo malé a název nebyl zcela odstraněn, začali psát KREN5A nebo B a v konverzaci se jim říkalo jednoduše „krenki“.

Samotná série byla poměrně rozsáhlá. Výstupní napětí se lišilo v závislosti na písmenu. Například KREN3 vyráběl od 3 do 30 voltů s možností nastavení a KREN15 byl patnáctivoltový bipolární zdroj energie.

Připojení integrovaných stabilizátorů řady K142 bylo extrémně jednoduché. Dva vyhlazovací kondenzátory a samotný stabilizátor. Podívejte se na schéma.

Pokud je potřeba získat jiné stabilizované napětí, postupujte následovně: řekněme, že používáme mikroobvod KREN5A na 5V a potřebujeme jiné napětí. Poté se mezi druhou svorku a pouzdro umístí zenerova dioda tak, že sečtením stabilizačního napětí mikroobvodu a zenerovy diody bychom dostali požadované napětí. Pokud k V = 191 + 9,1V mikroobvodu přidáme zenerovu diodu KS5, dostaneme na výstupu 14.1 voltů.