يحتوي الصمام الثنائي أشباه الموصلات على العديد من "المهن". يمكنه تصحيح الجهد ، وفك الدوائر الكهربائية ، وحماية المعدات من مصدر الطاقة غير المناسب. ولكن هناك نوعًا غير معتاد من "عمل" الصمام الثنائي ، عندما يتم استخدام خاصية التوصيل أحادي الاتجاه بشكل غير مباشر للغاية. يُطلق على جهاز أشباه الموصلات الذي يكون الوضع العادي فيه انحيازًا عكسيًا يسمى الصمام الثنائي زينر.
محتوى
ما هو الصمام الثنائي زينر ، وأين يتم استخدامه وما هو
الصمام الثنائي زينر ، أو الصمام الثنائي زينر (سمي على اسم عالم أمريكي كان أول من درس ووصف خصائص جهاز أشباه الموصلات هذا) ، هو الصمام الثنائي التقليدي مع تقاطع p-n.تعمل ميزتها في قسم الخاصية مع وجود انحياز سلبي ، أي عندما يتم تطبيق الجهد في قطبية عكسية. يستخدم هذا الصمام الثنائي كمثبت مستقل يحافظ على ثبات جهد المستهلك ، بغض النظر عن التغيرات في تيار الحمل والتقلبات في جهد الدخل. أيضًا ، تُستخدم العقد الموجودة على ثنائيات زينر كمصادر للجهد المرجعي للمثبتات الأخرى ذات الدائرة المتقدمة. أقل شيوعًا ، يتم استخدام الصمام الثنائي العكسي كعنصر تشكيل النبض أو حامي الطفرة.
هناك ثنائيات زينر تقليدية وثنائيات ثنائية الأنود. الصمام الثنائي الزينر ثنائي الأنود عبارة عن صمامين ثنائيين متصلين من الخلف إلى الخلف في مبيت واحد. يمكن استبداله بجهازين منفصلين ، بما في ذلك حسب المخطط المناسب.
خاصية فولت أمبير للديود زينر ومبدأ عملها
لفهم مبدأ تشغيل الصمام الثنائي زينر ، من الضروري دراسة خاصية الجهد الحالي النموذجية (CVC).
إذا تم تطبيق جهد على الزينر في الاتجاه الأمامي ، كما هو الحال بالنسبة للديود التقليدي ، فسوف يتصرف مثل الصمام الثنائي التقليدي. بجهد يبلغ حوالي 0.6 فولت (لجهاز سيليكون) ، سيتم فتحه ويدخل القسم الخطي للخاصية I-V. فيما يتعلق بموضوع المقال ، يكون سلوك الصمام الثنائي زينر أكثر إثارة للاهتمام عند تطبيق جهد قطبية عكسية (الفرع السالب للخاصية). أولاً ، ستزداد مقاومته بشكل حاد ، وسيتوقف الجهاز عن تمرير التيار. ولكن عند الوصول إلى قيمة جهد معينة ، ستحدث زيادة حادة في التيار ، تسمى الانهيار. لها طابع انهيار جليدي ، وتختفي بعد إزالة الطاقة.إذا واصلت زيادة الجهد العكسي ، فسيبدأ تقاطع pn في التسخين ويدخل في وضع الانهيار الحراري. الانهيار الحراري لا رجعة فيه ويعني فشل الصمام الثنائي زينر ، لذلك لا يجب وضع الصمام الثنائي في هذا الوضع.
مجال مثير للاهتمام لتشغيل جهاز أشباه الموصلات في وضع انهيار الانهيار الجليدي. شكلها قريب من الخطي ، ولها انحدار شديد. هذا يعني أنه مع حدوث تغيير كبير في التيار (I) ، يكون التغيير في انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي زينر صغيرًا نسبيًا (ΔU). وهذا استقرار.
هذا السلوك عند تطبيق جهد عكسي نموذجي لأي ديود. لكن خصوصية الصمام الثنائي زينر هي أن معلماته في هذا القسم من CVC تم تطبيعها. يتم إعطاء جهد التثبيت والانحدار (مع انتشار معين) وهي معلمات مهمة تحدد مدى ملاءمة الجهاز في الدائرة. يمكنك العثور عليها في الكتب المرجعية. يمكن أيضًا استخدام الثنائيات العادية كديودات زينر - إذا قمت بإزالة CVC الخاصة بها وهناك خاصية مناسبة بينها. لكن هذه عملية طويلة وشاقة مع نتيجة غير مضمونة.
الخصائص الرئيسية للديود زينر
لاختيار الصمام الثنائي Zener للأغراض الحالية ، تحتاج إلى معرفة العديد من المعلمات المهمة. ستحدد هذه الخصائص مدى ملاءمة الجهاز المحدد لحل المهام.
جهد التثبيت المقدر
المعلمة الأولى لـ zener ، التي يجب الانتباه إليها عند الاختيار ، هي جهد التثبيت ، الذي يتم تحديده من خلال نقطة بداية انهيار الانهيار الجليدي. يبدأ باختيار جهاز لاستخدامه في الدائرة.بالنسبة للحالات المختلفة من ثنائيات زينر العادية ، حتى من نفس النوع ، فإن الجهد ينتشر في منطقة عدة في المائة ، أما بالنسبة للثنائيات الدقيقة ، فإن الفرق أقل. إذا كان الجهد الاسمي غير معروف ، فيمكن تحديده عن طريق تجميع دائرة بسيطة. يجب أن تستعد:
- المقاوم الصابورة 1 ... 3 كيلو أوم ؛
- مصدر جهد قابل للتعديل
- الفولتميتر (يمكنك استخدام جهاز اختبار).
من الضروري رفع جهد مصدر الطاقة من الصفر ، والتحكم في نمو الجهد في الصمام الثنائي زينر باستخدام مقياس الفولتميتر. في مرحلة ما ، سيتوقف ، على الرغم من زيادة أخرى في جهد الدخل. هذا هو جهد التثبيت الفعلي. إذا لم يكن هناك مصدر منظم ، فيمكنك استخدام مصدر طاقة بجهد خرج ثابت أعلى بشكل واضح من Ustabilization. يبقى مخطط ومبدأ القياس كما هو. ولكن هناك خطر تعطل جهاز أشباه الموصلات بسبب زيادة تيار التشغيل.
تستخدم ثنائيات زينر للعمل مع الفولتية من 2 ... 3 فولت إلى 200 فولت. لتكوين جهد ثابت أقل من هذا النطاق ، يتم استخدام أجهزة أخرى - مثبطات تعمل في القسم المباشر من CVC.
نطاق التشغيل الحالي
يقتصر التيار الذي تؤدي فيه ثنائيات زينر وظيفتها من الأعلى والأسفل. من الأسفل ، يقتصر الأمر على بداية القسم الخطي للفرع العكسي لـ CVC. في التيارات المنخفضة ، لا توفر الخاصية وضع جهد ثابت.
القيمة العليا محدودة بالحد الأقصى من تبديد الطاقة الذي يمكن لجهاز أشباه الموصلات أن يعتمد عليه ويعتمد على تصميمه. تم تصميم ثنائيات زينر في علبة معدنية لمزيد من التيار ، ولكن لا تنس استخدام أحواض الحرارة.بدونها ، ستكون قوة التبديد القصوى المسموح بها أقل بكثير.
المقاومة التفاضلية
المعلمة الأخرى التي تحدد تشغيل الصمام الثنائي زينر هي المقاومة التفاضلية Rst. يتم تعريفه على أنه نسبة تغير الجهد ΔU إلى التغيير الحالي ΔI الذي تسبب في ذلك. هذه القيمة لها أبعاد المقاومة ويتم قياسها بالأوم. بيانياً ، هذا هو ظل منحدر قسم العمل للخاصية. من الواضح أنه كلما انخفضت المقاومة ، كانت جودة التثبيت أفضل. بالنسبة إلى الصمام الثنائي زينر المثالي (غير الموجود في الممارسة) ، فإن Rst تساوي الصفر - أي زيادة في التيار لن تسبب أي تغيير في الجهد ، وسيكون قسم خصائص I-V موازيًا لمحور y.
وسم زينر ديود
يتم تمييز ثنائيات زينر المحلية والمستوردة في علبة معدنية بشكل بسيط وواضح. يتم تمييزها باسم الجهاز وموقع الأنود والكاثود في شكل تعيين تخطيطي.
تتميز الأجهزة الموجودة في علبة بلاستيكية بحلقات ونقاط بألوان مختلفة على جانبي الكاثود والأنود. من خلال اللون ومجموعة الأحرف ، يمكنك تحديد نوع الجهاز ، ولكن لهذا عليك البحث في الكتب المرجعية أو استخدام برامج الآلة الحاسبة. يمكن العثور على كليهما على الإنترنت.
في بعض الأحيان يتم تطبيق جهد التثبيت على ثنائيات زينر منخفضة الطاقة.
دارات تحويل الصمام الثنائي زينر
الدائرة الرئيسية لتشغيل الصمام الثنائي زينر في سلسلة مع المقاوم، والتي تحدد التيار من خلال جهاز أشباه الموصلات وتتحمل الجهد الزائد. العنصرين يصنعان القاسم المشترك. عندما يتغير جهد الدخل ، يظل الانخفاض عبر الصمام الثنائي زينر ثابتًا ، بينما يتغير الانخفاض عبر المقاوم.
يمكن استخدام هذه الدائرة بشكل مستقل وتسمى بمثبت حدودي. يحافظ على الجهد عند الحمل ثابتًا ، على الرغم من التقلبات في جهد الدخل أو التيار المسحوب (ضمن حدود معينة). يتم استخدام كتلة مماثلة أيضًا كدائرة مساعدة حيث يلزم وجود مصدر جهد مرجعي.
يستخدم هذا التضمين أيضًا كحماية للمعدات الحساسة (أجهزة الاستشعار ، وما إلى ذلك) من حدوث غير طبيعي للجهد العالي في خط الطاقة أو القياس (نبضات ثابتة أو عشوائية). يتم "قطع" أي شيء فوق جهد التثبيت لجهاز أشباه الموصلات. مثل هذا المخطط يسمى "حاجز زينر".
في السابق ، كانت خاصية الصمام الثنائي زينر "لقطع" قمم الجهد تستخدم على نطاق واسع في دوائر تشكيل النبض. تم استخدام أجهزة ثنائية الأنود في دوائر التيار المتردد.
ولكن مع تطور تكنولوجيا الترانزستور وظهور الدوائر المتكاملة ، نادرًا ما تم استخدام هذا المبدأ.
إذا لم يكن هناك صمام زينر في متناول اليد للجهد المطلوب ، فيمكن أن يتكون من اثنين. سيكون جهد التثبيت الكلي مساويًا لمجموع الفولتية.
مهم! لا تقم بتوصيل ثنائيات زينر بالتوازي لزيادة تيار التشغيل! سيؤدي انتشار خصائص الجهد الحالي إلى إخراج صمام زينر واحد في منطقة الانهيار الحراري ، ثم سيفشل الثاني بسبب زيادة تيار الحمل.
على الرغم من أنه مسموح به في الوثائق الفنية لأوقات اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية موازى تضمين zeners بالتوازي ، ولكن بشرط أن تكون الأجهزة من نفس النوع ويجب ألا يتجاوز إجمالي قوة التبديد الفعلية أثناء التشغيل المسموح به لصمام زينر واحد. أي أنه لا يمكن تحقيق زيادة في تيار التشغيل في ظل هذا الشرط.
لزيادة تيار الحمل المسموح به ، يتم استخدام مخطط آخر. يُستكمل المثبت البارامتري بترانزستور ، ويتم الحصول على تابع باعث بحمل في دائرة الباعث ومستقر جهد قاعدة الترانزستور.
في هذه الحالة ، سيكون جهد خرج المثبت أقل من Ustabilization بواسطة مقدار انخفاض الجهد عند تقاطع الباعث - بالنسبة إلى ترانزستور السيليكون ، حوالي 0.6 فولت.للتعويض عن هذا الانخفاض ، يمكنك تشغيل الصمام الثنائي بالتسلسل مع الصمام الثنائي زينر في الاتجاه الأمامي.
بهذه الطريقة (من خلال تشغيل واحد أو أكثر من الثنائيات) ، يمكنك ضبط جهد خرج المثبت لأعلى في نطاق صغير. إذا كنت بحاجة إلى زيادة Uout بشكل جذري ، فمن الأفضل تشغيل الصمام الثنائي الزينر على التوالي.
نطاق الصمام الثنائي زينر في الدوائر الإلكترونية واسع النطاق. من خلال اتباع نهج واع للاختيار ، سيساعد جهاز أشباه الموصلات هذا في حل العديد من المشكلات المخصصة للمطور.
مقالات مماثلة:
