Teoriasta harjoitteluun: Zener -diodien hyödyntäminen luotettavan ylijännitesuojan saamiseksi
2024-05-15 9331

Amerikkalainen fyysikko Clarence Melvin Zener kehitti Zener -diodeja, joita hän on kehittänyt 1900 -luvun alkupuolella Harvardin yliopistosta vuonna 1930, merkitsi merkittävää etenemistä elektronisissa komponenteissa.Tässä artikkelissa kerrotaan näiden diodien erityisominaisuuksista, jotka ovat voimakkaasti seostettuja luomaan erittäin ohuita ehtymisalueita, joilla on voimakkaita sähkökenttiä.Kun tämä kenttä saavuttaa diodin jakautumisen jännitteen, joka voi olla alle 5 V Zener -hajoamisen tai yli 5 V: n lumivyöryn jakautumisen vuoksi, se on riittävän vahva irrottaa elektroneja atomissidoksistaan tuottaen sähkövirran.Tämä löytö tarjosi uuden tavan hallita elektronisia piirejä, jakautuen jakautumisjännitteessä alle 1 V: stä yli 250 V: iin, toleransseissa välillä 1–20%, mikä helpottaa tarkkuutta elektronisissa malleissa.

Luettelo

Kuva 1: Zener -diodi oikeassa piirilevyssä

Mikä on zener -diodi?

Zener-diodit hyödyntävät PN-risteyksen hajoamisominaisuuksia käänteisen puolueellisena ja voivat olla suurempi rooli niiden päätejännitteiden stabiilisuuden ylläpitämisessä, kun virta vaihtelee merkittävästi.Diodin jännite niiden yli pysyy vakiona ja kaikilla Variat -ioneilla ei ole tulojännitteen mitään.Tämä stabiilisuus on hyödyllinen elektronisissa piirimalleissa, jotta voidaan torjua piirijännitteen muutoksia, jotka voivat johtua virtalähteen vaihtelusta tai vastaavista häiriöistä.Käyttämällä zener -diodeja strategisissa kohdissa suunnittelijat voivat luotettavasti stabiloida jännitteen kuormien välillä varmistaen elektronisten komponenttien yhdenmukaisen suorituskyvyn.Tämä Zener -diodien suoraviivainen, mutta hienostunut toiminta tekee niistä olennaisen osan nykyaikaisista piiristä, helpottaen jännitteen tarkkaa hallintaa ja parantamalla sähköjärjestelmien yleistä luotettavuutta.

Lisäksi zener -diodin sähköisymboli on erilainen kuin tavallinen diodisymboli.Piirikaavioissa tavanomaiset diodit, kuten signaalidiodit tai voimalaatikot, on kuvattu standardisymboleilla, jotka eroavat zener -diodeille käytetyistä.

Kuva 2: Tavallinen diodi

Kuva 3: Zener -diodi

Kun kyse on zener -diodeista, jotka on suunniteltu erityisesti ohimenevälle jännitteen tukahduttamiselle (TV), ne yhdistetään usein yhdeksi laitteeksi.Tämä yhdistelmälaite on esitetty kaavioissa, joilla on selkeä symboli, joka erottaa sen visuaalisesti yksittäisistä zener -diodeista ja muun tyyppisistä diodeista.Tämä erikoistunut symboli auttaa teknikoita ja insinöörejä tunnistamaan laitteen toiminnan ja ominaisuudet nopeasti, varmistaen tarkan ja tehokkaan piirin suunnittelun ja vianetsinnän.

Kuva 4: Kahden television yhdistelmä zener -diodeja

Yleiset Zener -diodiarvot ja osanumerot

Kun valitset Zener -diodin, on tärkeää valita yksi jänniteluokituksella, joka vastaa piirisi tarpeita tehokkaan jännitesäädön ja suojauksen varmistamiseksi.Tässä on erittely yleisesti käytetyistä zener -diodeista, niiden tyypillisistä sovelluksista ja osanumeroista.

3,3 V 1N5226

Ihanteellinen jännitteen stabiloimiseksi 3,3 V: n logiikkapiirissä, joita yleisesti löytyy mikrokontrollereista ja digitaalisten signaalin prosessoreista (DSP).Nämä diodit varmistavat yhdenmukaisen suorituskyvyn ylläpitämällä oikea käyttöjännite.

5.1 V 1N5231

Tämä diodi on usein 5 V: n digitaalisissa ja logiikkapiirissä, ja se on täydellinen tyypilliselle TTL: lle (transistori-transistorilogiikka) ja CMO: lle (komplementaariset metallioksidi-puolijohde) -piirit.Se tarjoaa luotettavan jännitesäätelyn, turvallisen herkän elektronisen komponentin turvaamisen jännitteen vaihtelusta.

Kuva 5: 1N5231 Zener -diodin mittaus

6,8 V 1N5235

Tämä diodi on räätälöity analogisille piireille, jotka toimivat hiukan yli 5 V: n, ja tarjoaa lisäsuojaa erikoistuneille antureille tai vanhemmille logiikka -IC: ille (integroidut piirit), jotka vaativat jännitteen puskurin turvallisen ja tehokkaasti.

9,1 V 1N5239

Optimaalinen 9 V: n akkukäyttöisille laitteille, kuten kannettavat vahvistimet tai langattomat moduulit.Se varmistaa, että nämä laitteet saavat vakaan virtalähteen parantaen niiden suorituskykyä ja luotettavuutta.

11,0 V 1N5241

Soveltuu piireihin, jotka tarvitsevat jännitettä hieman vakiologiikkatasojen yläpuolella, mukaan lukien tietyt analogiset piirit.Se tarjoaa myös ylijännitesuojan 12 V

13,0 V 1N5243

Yleisesti käytetty 12 V: n virtalähdejärjestelmissä, etenkin autoelektroniikassa tai teollisuusohjausjärjestelmissä.Se tarjoaa vankan ylijännitesuojan, suojauksen mahdollisilta jännitekepikoilta, jotka voivat vahingoittaa järjestelmää.

15,0 V 1N5245

Tätä diodia käytetään silloin, kun 15 V: n jännitteen stabiilisuus on välttämätöntä, kuten toiminnallisten vahvistimien virtalähteissä tai perussuojauksena elektronisissa järjestelmissä, joilla on korkeampi käyttöjännitetasot.

Zener -diodin työperiaate

Zener -diodi toimii periaatteilla, jotka erottavat tyypillisistä puolijohdealueista sen ainutlaatuisen fyysisen rakenteensa vuoksi, jossa on raskas doping.Tämä doping johtaa huomattavasti ohuempaan ehtymisalueeseen, mikä tekee sähkökentästä voimakkaamman verrattuna tavallisiin diodeihin.

Kun zener-diodi on käänteisesti puolueellisesti, sen kapealla ehtymisalueella oleva vahva sähkökenttä voi suoraan herättää valenssielektronit johtamiskaistalle tietyllä Zener-jänniteellä, joka tunnetaan nimellä Zener-jännite.Tämä suora viritys johtaa Zener -hajoamiseen, ilmiöön, joka eroaa lumivyöryn hajoamisesta, joka tyypillisesti havaitaan vähemmän voimakkaasti seostetuissa diodeissa.Avalanchen hajoamisessa ehtymisalue laajenee käänteisen puolueellisuuden alla, kunnes käänteinen jännite on riittävän korkea vähemmistöjen kantajien energisoimiseksi.Nämä kantajat saavat tarpeeksi energiaa törmäämään hila -ioneihin, vapauttaen enemmän elektroneja ja käynnistämään ketjureaktion, joka lisää voimakkaasti virtaa.

Kuva 6: Zener -diodin eteenpäinvirta

Kuva 7: Zener -diodin ylijännitesuojapiirin periaate

Zener -erittely johtuu kuitenkin pääasiassa voimakkaan sähkökentän aiheuttamasta kvanttitunneloinnista, joka esiintyy jo ennen lumivyöryn jakautumisen olosuhteita.Tämä kriittinen ero antaa Zener -diodille mahdollisuuden ylläpitää vakaan jännitteen sen päätteiden välillä vaihtelevien virrantasojen läsnä ollessa, keskeinen ominaisuus, jota hyödynnetään piirisuunnittelussa jännitteen vakauttamiseksi.

Kuva 8: Zener -diodi zener ja lumivyörymä

Kuva 9: Kaavio Zener -diodin lumivyöryn hajoamisesta

Käytännön sovelluksia varten Zener -diodit on suunniteltu hyödyntämään joko Zener -erittelyä tai lumivyörymäisyyttä niiden zener -jännitteestä riippuen.Diodeja, joilla on alhaisemmat zener -jännitteet, tyypillisesti alle 6 V: n, pääasiassa Zener -hajoamisen, joten ne sopivat sovelluksiin, jotka vaativat jännitteen stabiilisuutta pienemmillä jännitteillä.Päinvastoin, diodeilla, joilla on korkeammat Zener -jännitteet, yli 6 V, kokevat todennäköisemmin lumivyöryn hajoamisen, mikä sopii paremmin korkeampien jännitealueiden käsittelyyn.Tämä joustavuus mahdollistaa Zener -diodien käytön laajalla elektronisten sovellusten spektrissä, varmistaen luotettavan jännitteen hallinnan ja elektronisten piireiden yleisen sopeutumiskyvyn parantamisen.

Ero zener -diodin ja signaalidiodin välillä

Zener-diodit ja signaalidiodit ovat elektronisissa piireissä käytettyjä puolijohdelaitteita, mutta ne eroavat merkittävästi toiminnassa ja rakenteessa, etenkin käänteisenä puolueellisena.

Kuva 10: Zener -diodi Vs.Signaalidiodi

Zener -diodit—— jännitteen stabiilisuus ja suojaus

Nämä laitteet on suunniteltu erityisesti käsittelemään käänteisiä poikkeamia puolijohdemateriaalin raskaan seoksen avulla.Tämä korkea doping -taso vähentää PN -risteyksen leveyttä, tehostaen sähkökenttää ehtymisalueella.Seurauksena on, että kun käänteinen jännite saavuttaa zener -hajoamisjännitteen (VZ), Zener -diodi antaa virran virtata käänteiseen suuntaan ilman vaurioita.Tämä ominaisuus on ratkaisevan tärkeä sovelluksille, kuten jännitteen säätely ja ylijännitesuojaus, jossa on tarpeen vakaan jännitteen ylläpitäminen tai herkkien komponenttien suojaaminen.Esimerkiksi jännitesäädeskenaariossa, kun piirijännite ylittää zener -jännitteen, zener -diodi aktivoituu, johtaen virtaa ja stabiloi jännitteen estämään vaihtelut, jotka voivat vahingoittaa elektronisia komponentteja.

Signaaliodit - tehokas signaalinkäsittely ja korjaus

Sitä vastoin signaalidiodit on suunniteltu tehokkaaseen eteenpäin johtavuuteen minimaalisella käänteisen virran vuotolla.Tyypillisesti niiden sallitaan hyvin vähän virtaa virrata käänteisenä puolueellisena - usein vain nanoampereihin mikroampereihin - mikä on merkityksetöntä useimmissa sovelluksissa.Nämä diodit voivat kuitenkin vaurioitua, jos käänteinen jännite ylittää niiden hajoamisjännitteen, mikä johtaa potentiaalisiin avoimiin tai oikosulkuihin.Niiden ensisijaisiin sovelluksiin sisältyy signaalin muotoilu, kytkentä ja pienitehoiset korjaukset, joissa eteenpäin johtaminen on välttämätöntä ja käänteinen virta on minimoitava häiriöiden estämiseksi.

Vaikka sekä zener että signaalidiodit sallivat virran virtauksen anodista katodiin eteenpäin puolueellisena, heidän käänteisen puolueellisen käyttäytymisensä palvelevat erillisiä tarpeita.Zener -diodit ovat välttämättömiä piireissä, joissa jännitettä on ohjattava tai jos komponentit tarvitsevat suojaa jännitekepikoilta.Heidän kykynsä toimia päinvastaisesti ilman vaurioita on ainutlaatuinen ja välttämätön tällaisille suojaaville rooleille.Sitä vastoin signaalidiodit ovat erinomaisia sovelluksissa, jotka vaativat tehokasta eteenpäin suuntautuvaa johtavuutta vankalla eristyksellä käänteisen puolueellisuuden aikana.

Valinta zener -diodin ja signaalidiodin välillä riippuu sovelluksen erityisvaatimuksista - entisen signaalinkäsittelyn ja jälkimmäisen tehokkaan signaalinkäsittelyn ja korjausjännitteen stabiloinnista ja suojauksesta.Jokainen diodityyppi tarjoaa räätälöityjä etuja, jotka tekevät niistä soveltuvan eri rooliin piirisuunnittelussa ja toteutuksessa.

Zener -ylijännitesuojapiirin (OVP) edut ja haitat

Edut

Ensinnäkin Zener -ylijännitesuojapiiri on erityisen suoraviivainen, joka koostuu pääasiassa Zener -diodista, joka on pariksi sarjan vastus.Tämä minimalistinen muotoilu helpottaa helppoa integraatiota erilaisiin elektronisiin asetuksiin, joten se on saatavana jopa niille, joilla on tekniset perustaidot.Se on myös helppo ylläpitää muutamien komponenttien takia.

Seuraavaksi Zener -diodien käyttäminen ylijännitesuojaukseen on taloudellisesti edullista.Sekä diodit itse että siihen liittyvät komponentit ovat edullisia ja laajalti saatavilla.Tämä tekee Zener -diodipiiristä houkuttelevan vaihtoehdon tehokkaaseen jännitesäätöön ilman merkittävää taloudellista sijoitusta.

Lisäksi Zener -diodit on suunniteltu tarjoamaan vakaa lähtö määritellyssä jakautumisjännitteessä.Tämä vakaus on ratkaisevan tärkeä jännitteen rajoittamiseksi turvallisille tasoille, varmistaen luotettavan suojan jännitekeisiin, jotka muuten voivat vahingoittaa herkkiä piirikomponentteja.

Haitat

Yksi merkittävä haitta on piirin taipumus kuluttaa huomattavaa voimaa toiminnan aikana.Kun zener -diodi aktivoituu jännitteen puristamiseksi, se sallii myös virran kulkemaan, mikä tuottaa lämpöä vastuskyvyn vuoksi.Tämä lämpö on pääosin tuhlata energiaa, mikä asettaa haasteen energiaherkissä sovelluksissa.

Sitten Zener -diodin tuottama lämpö voi johtaa korkeampiin lämpötiloihin piirin sisällä.Lisäjäähdytystoimenpiteiden, kuten jäähdytyselementtien tai puhaltimien, toteuttaminen voi olla tarpeen lämmön tehokkaan hävittämiseksi ja turvallisten komponenttilämpötilojen ylläpitämiseksi.

Vaikka Zener -diodit etenevät jännitesäätelyssä, ne eivät luonnostaan tarjoa vahvaa ylivirtasuojaa.Vikaolosuhteissa voi tapahtua liiallisten virtausten suojaamiseksi, on usein välttämätöntä yhdistää zener -diodit muiden suojakomponenttien, kuten sulakkeiden tai katkaisijoiden kanssa, jotka voivat monimutkaista piirisuunnittelua ja lisätä kustannuksia.

Zener -diodin toiminto

Ylijännitesuojapiirin ensisijainen tehtävä on seurata piirijännitettä jatkuvasti ja reagoida nopeasti, jos se ylittää turvakynnyksen, estäen siten elektronisten komponenttien mahdolliset vauriot.Zener -diodeilla on myös tämä rooli, koska ne voivat ylläpitää vakaata johtavuutta tietyllä käänteisen jakautumisjännitteellä samalla, kun heillä on suuri vastus normaaleissa käyttöolosuhteissa varmistaen, että ne eivät häiritse piirin asianmukaista toimintaa.

Ensinnäkin, tunnista normaali käyttöjännite ja maksimijivitteen kynnysarvo, joka voi vahingoittaa piirikomponentteja.Valitse zener -diodi, jonka zener -jännite on hieman normaalin käyttöjännitteen yläpuolella, mutta suurimman jännitekynnyksen alapuolella.Tämä asennus varmistaa, että diodi aktivoituu sähköä vain silloin, kun jännite ylittää normaalin alueen, suojaten siten ylijännitteiseltä.

Toiseksi, integroi valittu Zener -diodi piiriin rinnakkain komponentin kanssa, jonka sen on tarkoitus suojata.Tarkka sijoittelu vaaditaan, koska se antaa diodia purkaa ylimääräisen jännitteen pois herkästä komponentista.Lisää sarjassa virran rajoittava vastus Zener-diodin kanssa.Tämän vastuksen tarkoituksena on hallita virran virtausta diodin läpi, kun se on aktiivinen, estäen liiallisen virran aiheuttamat vauriot ja varmistaa, että piiri pysyy vakaana ja turvallisena ylijänniteolosuhteissa.

Operatiivinen esimerkki

Harkitse piiriä, joka on suunniteltu parantamaan melutiheyden mittausta.Täällä zener-diodi sijoitetaan matalan kohinan jälkeen, ja hajoamisjännite on vain tyypillisen syöttöjännitteen yli mahdollisten vaihteluiden käsittelemiseksi.Zener -diodi absorboi jännitepiikit ja vakauttaa lähtöjännite seuraaviin piireihin.Huolellisesti laskettua virran rajoittavaa vastusta käytetään Zener-diodin suojaamiseen erilaisissa kuormitusolosuhteissa ja varmistamaan johdonmukainen jännitesäyttö.

Kohinasignaalien käsittelemiseksi lisää DC -estokondensaattori DC -komponenttien suodattamiseksi ja salli vain vaihtovirtakohinasignaalin läpi varmistaen, että siinä ei ole tasavirtahäiriöitä.Kohinasignaali vahvistetaan sitten käyttämällä matalan kohinan vahvistinta ja mahdollisesti monivaiheisen monistuksen avulla signaalin vahvistamiseksi muuttamatta sen eheyttä.Tämä signaali johdetaan sitten kaistanpäästösuodattimen läpi, joka on asetettu välillä 1kHz - 3 kHz eristämään ja mitataan kohinaa vain kohdetaajuusalueella, mikä varmistaa tarkkuuden havaitsemisessa ja mittauksessa.

Lopuksi signaali mitataan käyttämällä todellista RMS -volttimittaria, joka tarjoaa suuren tarkkuuden ja vakauden.Valitsemalla Zener-jännitteen huolellisesti ja määrittämällä virran rajoittava vastus, zener-diodien ylijännitesuojapiiri tarjoaa vankan ratkaisun odottamattomien korkeajännitetapahtumien elektronisten laitteiden turvaamiseksi, mikä varmistaa elektronisten laitteiden kestävyyden ja vakaan toiminnan.

Kuva 11: Zener -diodi, jota käytetään melutiheyden mittauspiirissä

Kuinka suojata piirejä ylijännitteeltä?

Herkät elektroniset komponentit, kuten mikrokontrollerit, suojaaminen liiallisista jännitteistä on ratkaisevan tärkeää piirisuunnittelussa.Tyypillisesti mikrokontrollerien I/O -nastat ovat maksimaalinen jännitestoleranssi - usein 5 V.Tämän rajan ylittäminen riskit vahingoittaa mikrokontrolleria.Käytännöllinen menetelmä näiden komponenttien turvaamiseksi sisältää Ylijännitesuojauksen (OVP) piirin rakentamisen zener -diodien avulla.

Piirille, jossa normaali käyttöjännite on lähellä 5 V, zener -diodi, jolla on hiukan suurempi hajoamisjännite, kuten 5,1 V, on ihanteellinen.Tämä varmistaa, että normaaleissa olosuhteissa (jännitteet alle 5,1 V) Zener-diodi pysyy johtamattomana eikä häiritse piirin toimintaa.Kun tulojännite ylittää 5,1 V, zener -diodi aktivoituu, johtaen virran ja kiinnittämällä jännitteen noin 5,1 V: iin, jotta piirikomponenttien vaurioita voidaan estää alavirtaan.

Suunnittelun validoimiseksi simuloi OVP -piiri SPICE -ohjelmistolla, kuten Cadence PSPICE.Aseta simulaatio jänniterään (V1), virran rajoittavalla vastuksella (R1) ja valitulla Zener-diodilla (D2).Oletetaan tässä skenaariossa 6,8 V zener -diodi (esim. 1N4099) testausta varten.Jos V1: n jännite ylittää 6,8 V, simulaation tulisi osoittaa, että lähtöjännite on tehokkaasti rajoitettu noin 6,8 V: n tai vähemmän, mikä vahvistaa diodin suojakyvyn.

Tulojänniteellä 6 V, lähdön tulisi pysyä vakaana ja lähellä tuloa, mikä osoittaa normaalin toiminnan.6,8 V: n lämpötilassa lähdön tulisi kohdistaa hieman Zener -jännitteen alapuolelle, mikä osoittaa diodin sitoutumisen ja jännitteen stabiloinnin.Kun tulokset kasvatetaan 7,5 V: ksi (ylijännitteen olosuhteet), lähdön tulisi pysyä merkittävästi tuloksen alapuolella, noin 6,883 V, mikä osoittaa tehokkaan suojan ylijännitteeltä.Piirin erityistarpeista riippuen Zener -diodit, joissa on erilaisia jakautumisjännitteitä, kuten 3,3 V, 5,1 V, 9,1 V tai 10,2 V, voidaan valita.Tämän joustavuuden avulla suunnittelijat voivat räätälöidä ylijännitesuojauksen sovelluksen tarkkaan vaatimukseen varmistaen optimaalisen suojan.

Valitsemalla huolellisesti sopivan Zener -diodin ja simuloimalla sen käyttäytymistä tarkasti eri jänniteolosuhteissa, suunnittelijat voivat varmistaa vankan ylijännitesuojan.Tämä lähestymistapa ei vain estä herkän piirikomponenttien vaurioita, vaan parantaa myös elektronisten laitteiden yleistä luotettavuutta ja suorituskykyä.

Kuva 12: Zener -diodipiirikaavio

Kuinka valita sopiva ylijännitesuojaus Zener -diodi?

Tehokkaan zener -diodin valitseminen ylijännitesuojaimiseksi vaatii muutamia kriittisiä vaiheita sen varmistamiseksi, että piiri toimii turvallisesti ja tehokkaasti kaikissa olosuhteissa.

Määritä sopiva zener -jännite

Tunnista enimmäisjännite, jonka piirin tulisi käsitellä.Esimerkiksi, jos malli määrittelee, että jännitteen ei pitäisi ylittää 6,8 V, zener -diodi, jonka hajotusjännite on 6,8 V, olisi ihanteellinen.

Jos tarkka ottelu tarvittavalle zener -jänniteelle ei ole saatavana, valitse lähinnä korkeampi arvo.Esimerkiksi, jotta voidaan suojata jopa 7 V: n ylijännitemiltä, 6,8 V zener -diodi olisi sopiva likiarvo, kiinnittäen jännitteen tehokkaasti suurimman kynnyksen alapuolelle.

Laske kuormitus- ja puolueellisuusvirta

Aloita laskemalla virta, joka yleensä virtaa kuorman läpi;Oletetaan, että se on 50 mA.Lisää Bias -virta, joka on tarpeen Zener -diodin toimintaan tähän kuvaan.Jos zener -diodi vaatii ennakkoluulon 10 mA, kokonaisvirran vaatimus olisi 60 mA (50 mA: n kuormitusvirta plus 10 mA bias -virta).

Määritä Zener -diodin tehonluokitus

Laske tehon hajoaminen zener -jännitteen ja kokonaisvirran avulla.Zener -jännitteen ollessa 6,8 V ja kokonaisvirta 60 mA, tehon hajoaminen lasketaan 6,8 V x 0,060A = 0,408 wattia.Valitse Zener -diodi, jonka tehon luokitus on korkeampi kuin laskettu arvo luotettavuuden ja turvallisuuden varmistamiseksi.Diodi, jolla on 500MW: n luokitus, tarjoaisi riittävän marginaalin.

Laske nykyisen rajoittavan vastuksen arvo

Varmista, että suurin jännite, jonka piiri voi kokea, esimerkiksi 13 V.Laske jännitteen pudotus vastuksen poikki, mikä on ero lähdejännitteen ja zener -jännitteen välillä: 13V - 6,8 V = 6,2 V.Laske tarvittava vastusarvo OHM: n laki: Jännitteen pudotus / kokonaisvirta = 6,2 V / 0,060A ≈ 103Ω.Voit pyöristää tämän tavanomaiseen vastuksen arvoon, kuten 100Ω käytännön tarkoituksiin.

Zener -diodin havaitsemismenetelmä

Zener -diodien napaisuuden tunnistamiseksi voidaan aloittaa tutkimalla niiden ulkonäköä.Metallikapseloidut zener-diodit erottavat usein polaarisuuden päätypinnan muodon läpi: tasainen pää osoittaa tyypillisesti positiivisen elektrodin, kun taas puolipyöreä pää merkitsee negatiivisen elektrodin.Muovikapseloiduissa zener-diodeissa etsi värimerkki negatiivisesta päätelaitteesta, joka tarjoaa nopean visuaalisen oppaan napaisuuteen.

Tarkemmin sanottuna menetelmä on tehokas dioditestiin tai alhaisen vastusasetuksen, kuten RX1K: n, kuten RX1K, käyttäminen.Kytke monimittarin koettimet diodiin - yksi jokaiseen liittimeen.Huomaa näkyvä vastus, vaihda sitten koettimet ja mittaa uudelleen.Asennus, joka osoittaa alhaisemman vastarinnan, on negatiivisen terminaalin mustan koettimen ja punaisen.Erittäin korkea tai erittäin pieni vastus molemmissa mittauksissa saattaa viitata siihen, että diodi on vaurioitunut eikä toimi oikein.

Kuva 13: Zener -diodit

Kun mitataan Zener -diodin jännitesäätelyarvo, jatkuvasti säädettävän tasavirtalähteen käyttäminen on suositeltavaa.Aseta zener -diodeille, joiden nimellisarvo on alle 13 V, aseta virtalähde 15 V: ksi.Kytke diodi sarjassa 1,5 kΩ: n virranrajoittava vastus katodin ja virtalähteen positiivisen ulostulon ja anodin välillä negatiiviseen ulostuloon.Mittaa jännite diodin yli yleismittarilla;Näytetty arvo on diodin jännitesäätöarvo.

Kuva 14: Yleiset Zener -diodimuodot

Nosta zener -diodeja, joiden säätelyarvot ovat yli 15 V, ja nosta virtalähteen tuotos yli 20 V tarkan mittauksen varmistamiseksi.Vaihtoehtoisesti korkeajännite-zener-diodeille voidaan käyttää megohmmetriä, joka pystyy toimittamaan enintään 1000 V.Yhdistä Megohmmeterin positiivinen johtaminen diodin negatiiviseen päätelaitteeseen ja negatiiviseen johtamiseen positiiviseen päätelaitteeseen.Kierrä Megohmmetrin kahvaa tasaisella nopeudella ja lue jännite diodin yli monimittarin avulla, kunnes se vakiintuu diodin säätelyjännitteessä.

Jos näiden testien aikana havaitaan jännitteen vaihtelua tai epävakautta, se voi osoittaa, että diodi joko toimii epäjohdonmukaisesti tai vaurioituu, mikä edellyttää sen korvaamista.

Zener -diodipaketin koko

Kuva 15: Zener -diodipaketin mitat

Kun työskentelet Zener -diodien kanssa, heidän on tunnettava niiden fyysiset mitat ja pakkaukset.Näiden diodien mitat toimitetaan tyypillisesti tuumina tiettyjen valmistusstandardien ja teollisuuden mieltymysten mukaisesti, vaikka millimetrien mitat ovat myös saatavana viitteeksi.

Pakettien ääriviivat

Zener -diodin paketin ulkoiset mitat, jotka sisältävät sekä halkaisijan (BD) että pituuden (BL), voidaan säätää määritettyjen rajojen sisällä.Tämä joustavuus mahdollistaa räätälöinnin eri sovelluksiin, etenkin kun lämmönhallinta on huolenaihe.Jos Zener -diodipaketti sisältää lämpöpasta, jota käytetään lämmönjohtavuuden parantamiseksi diodista, tätä elementtiä tulisi ottaa huomioon paketin kokonaismäärässä.Halkaisijan (BD) tavalliset vähimmäiskoon rajoitukset eivät kuitenkaan sovelleta, kun lämpöpasta on kyse.Pituusmittauksen (BL) tulisi kattaa koko pakkaus, mukaan lukien lämpöpasta.

Nastahalkaisija V ariat -ionit

Zener -diodeissa nastajen halkaisija voi vaihdella pakkauksessa.Tämä Variat -ioni sisältää mahdolliset väärinkäytökset PIN -tiedostossa tai poikkeamissa osissa, jotka eivät sisällä lämpöpasta.Tekijät, kuten pinnoituspaksuus tai vähäiset valmistuspoikkeamat, voivat johtaa PIN -koon eroihin, jotka ovat tärkeitä harkita suunnittelu- ja kokoonpanoprosessien aikana.

Symboliesitys halkaisijalle

Dokumentoinnin ja johdonmukaisuuden selkeyden varmistamiseksi tekniikan malleissa piirustusten halkaisijan koko ja Zener -diodien tekniset tiedot tarttuvat ASME Y14.5M -standardiin.Tämä standardi sanelee "φx" -symbolin käytön halkaisijoiden edustamiseksi, edistämällä tekniikan piirustusten tasaisuutta ja tarkkuutta ja auttamaan ylläpitämään valmistusmääritysten johdonmukaisuutta.

Johtopäätös

Zener -diodien kehitys on tehnyt niistä välttämättömiä nykyaikaisessa elektroniikassa, etenkin jännitesäätelyssä ja ylijännitesuojassa.Niiden ainutlaatuiset Zener- ja lumivyörymyrkkyominaisuudet antavat heille mahdollisuuden käsitellä jännitevaihteluita tehokkaasti.Vertaamalla niiden rakenteita ja toimintoja signaalidiodien kanssa syventää ymmärrystämme niiden erityisistä sovelluksista piirimalleissa.Vaikka Zener-diodit tarjoavat tehokkaita, kustannustehokkaita ylijännitesuojauksia, niillä on myös haasteita, kuten korkea energiankulutus ja tehokkaan lämmönhallinnan tarve.Nämä kysymykset korostavat jatkuvaa innovaatiota ja optimointia elektronisessa piirisuunnittelussa Zener -diodien täyden potentiaalin hyödyntämiseksi.

Usein kysyttyjä kysymyksiä [UKK]

1. Mihin Zener -diodiin käytetään?

Zener -diodia käytetään ensisijaisesti jännitesäätelyyn varmistaen, että vaikka syöttöjännite vaihtelee, zener -diodin välinen jännite pysyy vakaana.Sitä käytetään myös ylijännitesuojaukseen, joka suojaa herkkiä elektroniikkaa jännitekiikiltä.

2. Mikä on ylijännitesuoja?

Ylijännitesuoja on piirisuojausmekanismi, joka estää liiallisen jännitteen vahingoittamasta elektronisia komponentteja.Se varmistaa, että jännitetasot pysyvät piirin komponenttien turvallisissa rajoissa.

3. Mitkä ovat ylijännitesuojapiirit?

Ylijännitesuojapiirit on suunniteltu estämään liiallisen jännitteen saavuttamisen ja vahingoittavan komponentteja.Nämä piirit käyttävät tyypillisesti komponentteja, kuten zener -diodeja, varistoreita tai ohimenevää jännitesuppressoria (TVS) diodeja, jotta jännitteet puristavat turvallisia tasoja jännitepiikkien aikana.

4. Mitä eroa on normaalin diodin ja zener -diodin välillä?

Suurin ero on käänteisen jännitteen käsittelyssä.Normaalit diodit estävät virran käänteiseen suuntaan ja voivat vaurioitua, jos käänteinen jännite ylittää tietyn kynnyksen.Sitä vastoin Zener -diodit on suunniteltu estämään käänteistä virtaa, vaan myös turvallisesti, kun käänteinen jännite ylittää ennalta määrätyn tason, joka tunnetaan nimellä Zener -jännite, ilman vaurioita.

5. Mikä on Zener -diodin työperiaate?

Zener -diodi toimii sallimalla virran virtaus käänteiseen suuntaan, kun jännite ylittää sen zener -jännitteen.Tämä johtuu sen voimakkaasti seostetusta P-N-risteyksestä, joka luo kapean ehtymisen alueen.Tämän liitoksen korkeat sähkökentät antavat zener -diodin johtaa päinvastaisesti vaurioitumatta, pitäen siten jännitteen stabiilisuuden sen yli.Tätä ominaisuutta käytetään jännitesäätöön ja suojaamiseen piireissä.