Zener-Diode als Spannungsregler Tutorial
Im Tutorial Signaldiode, sahen wir, dass ein „umgekehrten voreingenommen“ Diodenblocks Strom in der umgekehrten Richtung, wird aber vor vorzeitigem Ausfall oder Schaden erleiden, wenn die Sperrspannung angelegt über sie zu hoch ist.
Jedoch ist die Zener-Diode oder „Durchbruchsdiode“, wie sie manchmal auch bezeichnet werden, ist grundsätzlich die gleiche wie die Standard-PN-Übergangsdiode, aber sie sind speziell ein niedriges haben entworfen und spezifizierten Rückwärts-Durchbruchspannung, die den Vorteil einer Sperrspannung angelegt zu.
Die Zener-Diode verhält sie wie eine normale Allzweck- Diode eines Silizium-PN-Übergangs besteht, und, wenn sie in Vorwärtsrichtung vorgespannt, dh Anode positiv bezüglich ihrer Kathode, es wie eine normale Signaldiode verhält den Nennstrom übergeben.
Jedoch, im Gegensatz zu einer herkömmlichen Diode, die blockiert jeden Stromfluss durch mich selbst, wenn umgekehrt vorgespannt, das heißt die Kathode positiver als die Anode wird, sobald die Sperrspannung einen vorbestimmten Wert erreicht, wird die Zener-Diode in der zu leiten beginnt Rückwärtsrichtung.
Dies liegt daran, dass, wenn die umgekehrte Spannung über die Zener-Diode angelegt, die Nennspannung der Vorrichtung übersteigt Verfahren Lawinendurchbruch auftreten, in der Halbleiterverarmungsschicht bezeichnet und beginnt ein Strom durch die Diode zu fließen, diese Erhöhung der Spannung zu begrenzen.
Der Strom nun durch die Zener-Diode steigt dramatisch auf die Maximalwert-Schaltung fließt, und sobald dies erreicht ist, dieser umgekehrte Sättigungsstrom bleibt ziemlich konstant über einen weiten Bereich von Sperrspannungen (die üblicherweise durch einen Vorwiderstand begrenzt ist). Der Spannungspunkt, an dem die Spannung über die Zener-Diode wird stabil, wird die „Zenerspannung“, (Vz) und Zenerdioden Diese Spannung kann von weniger als einem Volt bis zu einigen hundert Volt reichen genannt.
Der Punkt, an dem die Zener-Spannung den Strom durch die Diode auslöst fließt sehr genau (auf weniger als 1% Toleranz) in der Dotierungsstufe der Dioden-Halbleiterkonstruktion gesteuert wird, kann die Diode eine bestimmte Zenerdurchbruchsspannung ergibt. (Vz) beispielsweise 4,3V oder 7,5V. Diese Zenerdurchbruchsspannung auf der I-V-Kurve ist fast eine vertikale gerade Linie.
Zener-Diode I-V Charakteristik
Die Zener-Diode wird in seiner „reverse bias“ oder Rückwärts-Durchbruchmodus, das heißt die Dioden verbindet Anode mit der negativen Versorgungs verwendet. Aus der Kurve oberhalb IV Eigenschaften, können wir sehen, dass die Zener-Diode einen Bereich in seinen Sperrvorspannung Eigenschaften fast eine konstanten negativen Spannung unabhängig von dem Wert des Stroms durch die Diode fließt, und bleibt nahezu konstant, auch bei großen Änderungen in Strom hat als solange der Zenerdioden Strom bleibt zwischen dem Durchbruchstrom IZ (min) und dem maximalen Nennstrom IZ (max).
Diese Fähigkeit, sich selbst zu steuern, kann mit großem Erfolg eingesetzt werden, zu regeln oder eine Spannungsquelle gegen Versorgungs- oder Lastschwankungen zu stabilisieren. Die Tatsache, dass die Spannung über der Diode im Durchbruchsbereich nahezu konstant ist erweist sich als ein wichtiges Merkmal der Zener-Diode sein, wie es in den einfachsten Arten von Spannungsregler-Anwendungen verwendet werden.
Die Funktion des Reglers ist es, eine konstante Ausgangsspannung an eine mit ihm parallel geschalteten Last bereitzustellen trotz der Wellen in der Versorgungsspannung oder die Änderung des Laststrom und die Zener-Diode wird weiterhin die Spannung, bis die Dioden Strom regulieren Unterschreiten des minimalen IZ (min) Wert in dem Rückwärtsdurchbruchbereich.
Die Zener-Diode Regulator
Zener-Dioden können verwendet werden, um eine stabilisierte Ausgangsspannung mit geringer Welligkeit zu erzeugen unter Laststrombedingungen zu variieren. Indem einen kleinen Strom durch die Diode von einer Spannungsquelle, über einen geeigneten Strombegrenzungswiderstand (RS), wird die Zener-Diode ausreichend Strom leitet einen Spannungsabfall von Vout aufrechtzuerhalten.
Wir erinnern uns aus den vorherigen Lernprogrammen, die die DC-Ausgangsspannung von der Hälfte oder Vollweggleichrichter Welligkeit auf die Spannung DC überlagert enthält, und dass als Lastwert ändert, um so funktioniert die mittlere Ausgangsspannung ist. Durch die Verbindung als eine einfache Zener-Stabilisierungsschaltung unterhalb über den Ausgang des Gleichrichters dargestellt ist, eine stabile Ausgangsspannung erzeugt werden kann.
Zener-Diode Regulator
Der Widerstand wird RS in Reihe mit der Zener-Diode den Stromfluss durch die Diode mit der Spannungsquelle zu begrenzen, VS über die Verbindung verbunden ist. Die stabilisierte Ausgangsspannung Vout wird über von der Zener-Diode genommen. Die Zener-Diode ist mit ihrem Kathodenanschlusse mit dem positiven Pol des Versorgungsgleich verbunden, so dass es umgekehrt vorgespannt ist und in ihrem Durchbruchzustand in Betrieb sein. Widerstand RS ist so gewählt, um den maximalen Strom in der Schaltung fließt, zu begrenzen.
Ohne Last an die Schaltung angeschlossen ist, wird der Laststrom gleich Null sein, (IL = 0), und die gesamte Schaltung Strom durch die Zener-Diode, das wiederum seine maximale Leistung abführt. Auch ein kleiner Wert der Vorwiderstand RS wird in einem größeren Diodenstrom führen, wenn der Lastwiderstand RL angeschlossen ist, und groß, wie dies die Verlustleistung Bedarf der Diode erhöhen, so muss darauf geachtet werden, wenn der entsprechenden Wert des Serienwiderstandes der Auswahl so dass der maximale Nennleistung des Zener nicht unter dieser Leerlauf- oder hochohmigen Zustand überschritten.
Die Last wird in parallel mit der Zenerdiode verbunden, so dass die Spannung über RL ist immer dieselbe wie die Zenerspannung, (VR = VZ). Es gibt eine minimale Zenerstrom, für die die Stabilisierung der Spannung wirksam ist, und der Zener-Strom über diesem Wert, der bei jeder Zeit innerhalb ihres Durchbruchsbereiches unter Last bleiben muß. Die obere Grenze des Stromes ist natürlich abhängig von der Leistung des Geräts. Die Versorgungsspannung VS muss größer sein als VZ.
Zener-Diode Beispiel No1
Eine 5,0V stabilisierte Stromversorgung benötigt, um von einer 12 V Gleichstromversorgungseingangsquelle erzeugt werden. Die maximale Leistung PZ der Zener-Diode ist 2W. Unter Verwendung der Zener-Reglerschaltung über berechnen:
ein). Der maximale Strom durch die Zener-Diode fließt.
b). Der Minimalwert der Vorwiderstand RS
Zener-Diode Clipping Circuits
Bis jetzt haben wir, wie eine Zener-Diode sah verwendet werden kann, um eine konstante Gleichstromquelle zu regeln, aber was ist, wenn das Eingangssignal nicht stabil war Zustand DC aber eine alternierende Wechselstrom-Wellenform, wie würde die Zener-Diode auf einem sich ständig ändernden Signal reagieren.
Diode Clipping und Klemmschaltungen sind Schaltungen, die verwendet werden, zu formen oder eine Eingangswechselstromwellenform (oder eine Sinuskurve) zu modifizieren Herstellung eine anders Ausgangswellenform in Abhängigkeit von der Schaltungsanordnung. Diode clipper Schaltungen werden auch Begrenzer genannt, weil sie begrenzen oder Clip-off die positive (oder negative) Teil eines Eingangs-AC-Signals. Als Zener-Begrenzerschaltungen Grenze oder Cut-off Teil der Wellenform über sie, werden sie hauptsächlich für den Schaltungsschutz oder in der Wellenform-Formungsschaltungen verwendet.
wenn wir eine Ausgabe an Clip-Wellenform an + 7,5V Zum Beispiel wollen, würden wir eine 7.5V Zener-Diode verwenden. Wenn die Ausgangswellenform der 7,5V Grenze zu überschreiten versucht, wird die Zener-Diode „clip-off“ die Überspannung von der Eingangswellenform mit einem flachen oberen Herstellung noch die Ausgabe konstant bei + 7,5 V hält. Beachten Sie, dass in der Vorwärts Vorspannungszustand eine Zener-Diode ist noch eine Diode, und wenn die AC-Wellenform-Ausgang unter -0,7 V negativ wird, die Zener-Diode schaltet „ein“, wie jeder normale Siliziumdiode würde und streift die Ausgabe bei -0,7 V, wie gezeigt unten.
Rechtecksignal
Die Rückseite angeschlossene Zener-Dioden an Rücken kann als AC Regler verwendet werden produzieren, was scherzend ein „Arme-Leute-Rechteckgenerator“ bezeichnet wird. unter Verwendung dieser Anordnung kann man die Wellenform zwischen einem positiven Wert von + 8,2 V und einem negativen Wert von -8.2V für eine 7,5 V Zenerdiode befestigen.
So zum Beispiel, wenn wir eine Ausgangswellenform zwischen zwei unterschiedlichen Minimal- und Maximalwerten von etwa + 8V und -6 V, würden wir einfach nutzen zwei unterschiedlich bewertet Zenerdioden Clip wollten. Man beachte, dass der Ausgang der Wechselstromwellenform zwischen + 8.7V und -6.7V tatsächlich Clip aufgrund der Zugabe der Diodenspannung Vorwärtsvorspannung.
Mit anderen Worten: eine Peak-to-Peak-Spannung von 15,4 Volt anstelle von 14 Volt zu erwarten, da die Vorwärtsspannung Spannungsabfall über die Diode steuert weitere 0,7 Volt in jede Richtung.
Diese Art der Konfiguration ist clipper ziemlich häufig für eine elektronische Schaltung von Überspannungsschutz. Die beiden Zener Zeit sind über die Stromversorgungseingangsklemmen und während des normalen Betriebs im Allgemeinen angeordnet, eine der Zenerdioden „AUS“ ist und die Dioden haben wenig oder keine Auswirkung. Wenn jedoch die Eingangsspannungswellenform überschreitet seine Grenze, dann ist der Zug des Zener „ON“ und den Eingabeclip um die Schaltung zu schützen.
Im nächsten Tutorial über Dioden. wir werden sehen, die in Vorwärtsrichtung betrieben PN-Übergang einer Diode bei Verwendung von Licht zu erzeugen. Wir wissen aus den vorherigen Tutorials, dass, wenn Ladungsträger über den Übergang zu bewegen, kombinieren Elektronen mit Löchern und Energie in Form von Wärme verloren gehen, sondern auch ein Teil dieser Energie wird als Photonen zerstreut, aber wir können sie nicht sehen.
Wenn wir eine lichtdurchlässige Linse um die Verbindung zu platzieren, wird sichtbares Licht erzeugt, und die Diode wird eine Lichtquelle. Dieser Effekt erzeugt eine andere Art von Diode allgemein als Light Emitting Diode bekannt, die den Vorteil dieser Lichterzeugungscharakteristik braucht, um Licht (Photonen) in einer Vielzahl von Farben und Wellenlängen zu emittieren.
