معرفی دیود زنر و ساختار و اصول کاری آن - بخش دوم

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: 

بخش اول مقاله را می‌توانید در معرفی دیود زنر و ساختار و اصول کاری آن - بخش اول مشاهده نمایید.

نماد دیود زنر

نماد دیود زنر در شکل زیر نشان داده شده است. دیود زنر از دو ترمینال کاتد و آند تشکیل شده است.

در دیود زنر، جریان الکتریکی هم از آند به کاتد و هم از کاتد به آند می‌گذرد.
نماد دیود زنر شبیه دیود معمولی پیوند p-n است، اما با لبه‌های خمشی روی نوار عمودی.

ویژگی‌های VI دیود زنر

ویژگی‌های VI یک دیود زنر در شکل زیر نشان داده شده است. هنگامی که ولتاژ بایاس رو به جلو به دیود زنر اعمال می‌شود، مانند یک دیود معمولی عمل می‌کند. با این حال، هنگامی که ولتاژ بایاس معکوس به دیود زنر اعمال می‌شود، متفاوت عمل می‌کند.

هنگامی که ولتاژ بایاس معکوس به دیود زنر اعمال می‌شود، تنها مقدار کمی جریان نشتی را اجازه می‌دهد تا زمانی که ولتاژ کمتر از ولتاژ زنر شود. هنگامی که ولتاژ بایاس معکوس اعمال شده به دیود زنر به ولتاژ زنر می‌رسد، شروع به اجازه دادن مقدار زیادی جریان الکتریکی می‌کند. در این مرحله، افزایش اندک ولتاژ معکوس به سرعت جریان الکتریکی را افزایش می‌دهد. به دلیل افزایش ناگهانی جریان الکتریکی، خرابی رخ می‌دهد که به آن شکست زنر می‌گویند. با این حال، دیود زنر یک خرابی کنترل شده را نشان می‌دهد که به دستگاه آسیب می‌رساند.

ولتاژ شکست زنر دیود زنر به میزان دوپینگ اعمال شده بستگی دارد. اگر دیود به شدت دوپ شده باشد، خرابی زنر در ولتاژ‌های معکوس پایین رخ می‌دهد. از طرف دیگر، اگر دیود کمی دوپ شود، خرابی زنر در ولتاژ‌های معکوس بالا رخ می‌دهد. دیود‌های زنر با ولتاژ زنر در محدوده ۱.۸ ولت تا ۴۰۰ ولت موجود هستند.

ولتاژ زنر (Vz)

ولتاژی که دیود زنر در شرایط بایاس معکوس می‌شکند، ولتاژ زنر نامیده می‌شود. در واقع، این ولتاژی است که دیود زنر باید در آن کار کند. دیود زنر که به صورت تجاری در دسترس است دارای رتبه بندی ولتاژ زنر از ۳ ولت تا ۲۰۰ ولت است. مقدار خرابی یا ولتاژ زنر به دوپینگ بستگی دارد. دوپینگ بیشتر ولتاژ خرابی کمتر است.

تحمل دیود زنر

محدوده ولتاژ‌های مربوط به ولتاژ شکست که در آن دیود زنر در جهت معکوس هدایت می‌کند، تلرانس نامیده می‌شود.

در واقع، در طول تولید، دوپینگ دقیق برای هر زنر از همان نوع بسیار دشوار است. بنابراین، ولتاژ شکست زنر با همان عدد نیز کمی متفاوت است. این محدوده از ولتاژ‌های شکست برای همان نوع دیود زنر به عنوان تحمل توصیف می‌شود.

به عنوان مثال - نوع خاصی از Zeners را در نظر بگیرید که ۹ ولت با تلورانس ۱۰% مشخص شده است. این دیود‌های زنر ممکن است ولتاژ شکست از ۸.۱ ولت (۹ - ۰.۹) تا ۹.۹ ولت (۹ + ۰.۹) به جای دقیقاً ۹ ولت برای همه داشته باشند.

اثر دما بر دیود زنر

ولتاژ شکست دیود زنر به دمای کارکرد بستگی دارد. با افزایش دمای محل اتصال کاهش می‌یابد. این به دلیل افزایش جریان معکوس (به عنوان مثال، افزایش حامل‌های اقلیت) است که با افزایش دما جریان می‌یابد. کاهش حدود ۲Mv/⁰C افزایش دما است.

مزایای دیود زنر

• ظرفیت اتلاف نیرو بسیار بالاست
• دقت بالا
• اندازه کوچک
• کم هزینه

کاربرد‌های دیود زنر

• معمولاً به عنوان مرجع ولتاژ استفاده می‌شود
• دیود‌های زنر در تثبیت کننده‌های ولتاژ یا تنظیم کننده‌های شنت استفاده می‌شوند.
• دیود‌های زنر در عملیات سوئیچینگ استفاده می‌شوند
• دیود‌های زنر در مدار‌های کلیپینگ و گیره استفاده می‌شود.
• دیود‌های زنر در مدار‌های حفاظتی مختلف استفاده می‌شوند

کاربرد‌های دیود زنر به شرح زیر است:

دیود زنر به عنوان تنظیم کننده ولتاژ:

دیود زنر به عنوان یک تنظیم کننده ولتاژ شنت برای تنظیم ولتاژ در بار‌های کوچک استفاده می‌شود. ولتاژ شکست دیود‌های زنر برای طیف وسیعی از جریان ثابت خواهد بود. دیود زنر به موازات بار متصل می‌شود تا بایاس معکوس ایجاد کند و هنگامی که دیود زنر از ولتاژ زانو فراتر رفت، ولتاژ در سراسر بار ثابت می‌شود.

دیود زنر در حفاظت از ولتاژ اضافی:

هنگامی که ولتاژ ورودی بالاتر از ولتاژ شکست زنر باشد، ولتاژ در مقاومت کاهش می‌یابد و در نتیجه یک اتصال کوتاه ایجاد می‌شود. با استفاده از دیود زنر می‌توان از این امر جلوگیری کرد.

دیود زنر در مدار‌های قطع:

دیود زنر برای اصلاح مدار‌های قطع کننده شکل موج AC با محدود کردن بخش‌های یک یا هر دو نیم سیکل شکل موج AC استفاده می‌شود.

سوالات متداول

دیود زنر را چگونه تعریف می‌کنید؟

دیود زنر یک دستگاه نیمه هادی است که به جریان اجازه می‌دهد در جهت جلو یا معکوس جریان یابد.

چرا دیود زنر از رگولاتور استفاده می‌شود؟

دیود زنر به عنوان تنظیم کننده ولتاژ شنت استفاده می‌شود. دیود زنر به موازات بار متصل می‌شود تا بایاس معکوس ایجاد کند و هنگامی که دیود زنر از ولتاژ زانو فراتر رفت، ولتاژ در سراسر بار ثابت می‌شود.

آیا دیود زنر شکست کنترل شده‌ای را نشان می‌دهد؟

بله، دیود زنر یک شکست کنترل شده را نشان می‌دهد.

تفاوت بین دیود زنر و دیود معمولی چیست؟

تفاوت اصلی بین دیود زنر و دیود معمولی در عبور جریان است. یک دیود معمولی اجازه می‌دهد تا جریان فقط در یک جهت جریان یابد در حالی که دیود زنر اجازه می‌دهد تا جریان در هر دو جهت جریان یابد.