מתיאוריה לתרגול: שימוש בדיודות זנר להגנה על מתח יתר אמין
2024-05-15 9351

דיודות זנר, שפותחה בראשית המאה העשרים על ידי הפיזיקאי האמריקני קלרנס מלווין זנר לאחר הדוקטורט מאוניברסיטת הרווארד בשנת 1930, סימן התקדמות משמעותית ברכיבים אלקטרוניים.מאמר זה מפרט את המאפיינים הספציפיים של דיודות אלה, המסוממים בכבדות ליצירת אזורי דלדול דקים מאוד שבהם קיימים שדות חשמליים חזקים.כאשר שדה זה מגיע למתח הפירוק של הדיודה, שיכול להיות פחות מ- 5 וולט להתמוטטות זנר או מעל 5 וולט לצורך פירוק מפולת, הוא מספיק חזק כדי לנתק אלקטרונים מהקשרים האטומיים שלהם, לייצר זרם חשמלי.תגלית זו סיפקה דרך חדשה לשלוט במעגלים אלקטרוניים, החל במתח פירוק מתחת ל 1V ליותר מ- 250 וולט, עם סובלנות בין 1% ל 20%, מה שמאפשר דיוק בעיצובים אלקטרוניים.

קָטָלוֹג

איור 1: דיודה זנר ב- PCB אמיתי

מהו דיודה זנר?

דיודות זנר מנצלות את מאפייני הפירוק של צומת ה- PN כאשר הם מוטים הפוך, ויכולים למלא תפקיד גדול יותר בשמירה על יציבות מתחי הטרמינל שלהם כאשר הזרם משתנה באופן משמעותי.מתח הדיודה לרוחבם נותר קבוע ולא מושפע על ידי כל יוני V ariat במתח הקלט.יציבות זו מועילה בעיצובים של מעגלים אלקטרוניים כדי לנטרל שינויים במתח המעגל העלולים לנבוע מתנודות אספקת החשמל או הפרעות דומות.על ידי פריסת דיודות זנר בנקודות אסטרטגיות, מעצבים יכולים לייצב באופן אמין את המתח על פני עומסים, ולהבטיח ביצועים עקביים של הרכיבים האלקטרוניים.פונקציה פשוטה אך מתוחכמת זו של דיודות זנר הופכת אותם לחלק בלתי נפרד מהמעגלים המודרניים, ומאפשרת שליטה מדויקת על מתח ומשפרת את האמינות הכללית של מערכות חשמל.

בנוסף, הסמל החשמלי של דיודה זנר שונה מסמל הדיודה הרגיל.בתרשימי מעגלים מתוארים דיודות קונבנציונאליות, כמו דיודות אות או דיודות כוח, עם סמלים סטנדרטיים השונים מאלה המשמשים לדיודות זנר.

איור 2: דיודה רגילה

איור 3: דיודה זנר

כשמדובר בדיודות זנר המיועדות במיוחד לדיכוי מתח חולף (TVS), אלה משולבים לרוב למכשיר יחיד.מכשיר שילוב זה מיוצג בסכימות עם סמל מובהק שמבדיל אותו באופן ויזואלי בין דיודות זנר בודדות וסוגים אחרים של דיודות.סמל מיוחד זה מסייע לטכנאים ומהנדסים לזהות במהירות את פונקציית המכשיר ומאפייניו במעגל, ומבטיח תכנון ופתרון בעיות מדויקות ויעילות.

איור 4: שילוב של שתי טלוויזיות דיודות זנר

ערכי דיודה זנר נפוצים ומספרי חלקים

בבחירת דיודה זנר, חשוב לבחור אחד עם דירוג מתח התואם את צרכי המעגל שלך כדי להבטיח ויסות מתח והגנה יעיל.להלן פירוט של דיודות זנר נפוצות, היישומים האופייניים שלהם ומספרי חלקים.

3.3V 1N5226

אידיאלי לייצוב מתח במעגלי לוגיקה של 3.3 וולט, הנמצאים בדרך כלל במיקרו -בקרים ובמעבדי אות דיגיטליים (DSP).דיודות אלה מבטיחות ביצועים עקביים על ידי שמירה על מתח ההפעלה הנכון.

5.1V 1N5231

דיודה זו משמשת לעיתים קרובות במעגלי דיגיטלי דיגיטליים ולוגיים, מושלמת עבור מעגלי TTL טיפוסיים (טרנזיסטור-טרנזיסטור) ו- CMOs (משלימים משלימים-חמצן-מוליכים-מוליכים).הוא מספק ויסות מתח אמין, ושומר על רכיבים אלקטרוניים רגישים מתנודות מתח.

איור 5: 1N5231 מדידת דיודה זנר

6.8V 1N5235

דיודה זו מותאמת למעגלים אנלוגיים הפועלים מעט מעל 5V, ומציעים הגנה נוספת לחיישנים מיוחדים או ICS לוגיים ישנים יותר (מעגלים משולבים) הדורשים חיץ במתח כדי לפעול בבטחה וביעילות.

9.1V 1N5239

אופטימלי למכשירים המופעלים על סוללה 9V, כגון מגברים ניידים או מודולים אלחוטיים.זה מבטיח כי מכשירים אלה יקבלו אספקת חשמל יציבה, ומשפרים את הביצועים והאמינות שלהם.

11.0V 1N5241

מתאים למעגלים הזקוקים למתח מעט מעל רמות ההיגיון הסטנדרטיות, כולל מעגלים אנלוגיים מסוימים.זה גם מספק הגנה על מתח יתר עבור מערכות 12V, מה שהופך אותה למגוונת למגוון יישומים.

13.0V 1N5243

נפוץ במערכות אספקת חשמל 12 וולט, במיוחד במערכות אלקטרוניקה לרכב או במערכות בקרה תעשייתיות.הוא מציע הגנה על מתח יתר חזקה, הגנה מפני קוצים מתח פוטנציאליים העלולים לפגוע במערכת.

15.0V 1N5245

דיודה זו משמשת במקום בו יש צורך ביציבות מתח של 15 וולט, כמו באספקת חשמל למגברים תפעוליים או כהגנה בסיסית במערכות אלקטרוניות עם רמות מתח תפעוליות גבוהות יותר.

עיקרון העבודה של דיודה זנר

דיודה זנר פועלת על עקרונות המובחנים מדיודות מוליכות למחצה טיפוסיות בגלל המבנה הפיזי הייחודי שלו, הכוללים סמים כבדים.סמים זה מביא לאזור דלדול דק יותר במידה ניכרת, מה שהופך את השדה החשמלי לאינטנסיב יותר בהשוואה לזו בדיודות רגילות.

כאשר דיודה זנר מוטה הפוך, השדה החשמלי החזק באזור ההידלדלות הצר שלו יכול לרגש ישירות אלקטרונים של ערכי לפס ההולכה במתח ספציפי המכונה מתח הזנר.עירור ישיר זה מוביל להתמוטטות זנר, תופעה המובחנת מהתמוטטות המפולת שנראתה בדרך כלל בדיודות מסוממות פחות.בהתמוטטות מפולת, אזור ההידלדלות מתרחב תחת הטיה הפוכה עד שהמתח ההפוך גבוה מספיק כדי להניע אנרגיה של נושאי מיעוט.נשאים אלה משיגים מספיק אנרגיה כדי להתנגש עם יוני סריג, משחררים יותר אלקטרונים ומציבים תגובת שרשרת המגדילה בחדות את הזרם.

איור 6: זרם דיודה זנר קדימה

איור 7: עקרון מעגל ההגנה על מתח מתח זנר

עם זאת, התמוטטות זנר נובעת בעיקר ממנהור קוונטי שנגרם על ידי השדה החשמלי העז, המתרחש עוד לפני מתקיימים התנאים לפירוק מפולת.הבדל קריטי זה מאפשר לדיודה זנר לשמור על מתח יציב על פני הטרמינלים שלו בנוכחות רמות זרם משתנות, מאפיין מפתח שמונף בתכנון מעגלים לייצוב מתח.

איור 8: דיודה זנר זנר ותרשים פירוק מפולת

איור 9: תרשים סכמטי של פירוק מפולת של דיודה זנר

עבור יישומים מעשיים, דיודות זנר נועדו להשתמש בפירוק זנר או בהתמוטטות מפולת, תלוי במתח הזנר שלהם.דיודות עם מתחי זנר נמוכים יותר, בדרך כלל מתחת ל 6 וולט, עוברים בעיקר התמוטטות זנר, מה שהופך אותם למתאימים ליישומים הדורשים יציבות מתח במתח נמוך יותר.לעומת זאת, דיודות עם מתחי זנר גבוהים יותר, מעל 6V, נוטים יותר לחוות פירוק מפולת, המתאים יותר לטיפול בטווחי מתח גבוהים יותר.גמישות זו מאפשרת להשתמש בדיודות זנר על פני קשת רחבה של יישומים אלקטרוניים, להבטיח בקרת מתח אמין ושיפור יכולת ההסתגלות הכוללת של מעגלים אלקטרוניים.

ההבדל בין דיודה זנר לדיוד אות

דיודות זנר ודיודות האות הם מכשירי מוליכים למחצה המשמשים במעגלים אלקטרוניים, אך הם נבדלים זה מזה באופן משמעותי בתפקוד ובמבנה, במיוחד כאשר הם מוטים הפוך.

איור 10: דיודה זנר Vs.דיודה לאות

דיודות זנר - - יציבות מתח והגנה

מכשירים אלה מהונדסים באופן ספציפי לטיפול בתנאי הטיה הפוכה באמצעות סמים כבדים של חומר המוליכים למחצה.רמת סמים גבוהה זו מצמצמת את רוחב צומת ה- PN, ומעצימה את השדה החשמלי באזור הדלדול.כתוצאה מכך, כאשר המתח ההפוך מגיע למתח הפירוק זנר (VZ), דיודה זנר מאפשרת לזרם לזרום בכיוון ההפוך ללא נזק.תכונה זו חיונית ליישומים כמו ויסות מתח והגנה על מתח יתר, כאשר יש צורך בשמירה על מתח יציב או הגנה על רכיבים רגישים.לדוגמה, בתרחיש ויסות מתח, כאשר מתח המעגל עולה על מתח הזנר, דיודה זנר מפעילה, מבצעת זרם וייצוב המתח כדי למנוע תנודות העלולות לפגוע ברכיבים אלקטרוניים.

דיודות איתות - - עיבוד איתות יעיל ותיקון

לעומת זאת, דיודות האות מיועדות להולכה קדימה יעילה עם דליפת זרם הפוך מינימלי.בדרך כלל, הם מאפשרים לזרם מעט מאוד זרם כאשר הם מוטים הפוכים - לעתים קרובות רק ננו -אמפר למיקרו -סמלים - וזה זניח ברוב היישומים.עם זאת, דיודות אלה יכולות להיפגע אם המתח ההפוך עולה על מתח הפירוק שלהן, מה שמוביל למעגלים פתוחים או קצרים פוטנציאליים.היישומים העיקריים שלהם כוללים עיצוב אותות, מיתוג ותיקון כוח נמוך, כאשר יש צורך בהולכה קדימה, וצריך למזער זרם הפוך כדי למנוע הפרעות.

בעוד שדיודות זנר וגם איתות מאפשרות זרימת זרם מאנודה לקתודה בעת מוטה קדימה, ההתנהגויות המוטות הפוך שלהם מספקות לצרכים מובחנים.דיודות זנר חיוניות במעגלים שבהם יש לשלוט על המתח או כאשר רכיבים זקוקים להגנה מפני קוצים מתח.יכולתם להתנהג הפוך ללא נזק היא ייחודית וחיונית לתפקידי מגן כאלה.לעומת זאת, דיודות אות מצטיינות ביישומים הדורשים הולכה נוכחית קדימה יעילה עם בידוד חזק במהלך הטיה הפוכה.

הבחירה בין דיודה זנר לבין דיודה איתות תלויה בדרישות הספציפיות של היישום - ייצוב מתח והגנה על הקודם, הטיפול האותי היעיל והתיקון עבור האחרון.כל סוג של דיודה מציע יתרונות מותאמים שהופכים אותם למתאימים לתפקידים שונים בתכנון ויישום מעגלים.

יתרונות וחסרונות של מעגל הגנת מתח הזנר (OVP) (OVP)

יתרונות

ראשית, מעגל הגנה מפני מתח זנר הוא ישר במיוחד, המורכב בעיקר מדיודה זנר המשויכת לנגד סדרה.תכנון מינימליסטי זה מאפשר שילוב קל במערכים אלקטרוניים שונים, מה שהופך אותו לנגיש אפילו לאנשים עם מיומנויות טכניות בסיסיות.זה קל לתחזוקה גם בגלל הרכיבים המעטים המעורבים.

בשלב הבא, השימוש בדיודות זנר להגנה על מתח יתר הוא יתרון כלכלי.שתי הדיודות עצמן וגם הרכיבים הנלווים הם זולים וזמינים באופן נרחב.זה הופך את מעגלי דיודה זנר לאופציה אטרקטיבית לוויסות מתח אפקטיבי ללא השקעה פיננסית משמעותית.

מה שכן, דיודות זנר נועדו להציע פלט יציב במתח הפירוק שצוין.יציבות זו חיונית להגבלת המתח לרמות בטוחות, מה שמבטיח הגנה אמינה מפני דוקרני מתח שעלולים לפגוע ברכיבי מעגל רגישים.

חסרונות

חיסרון משמעותי אחד הוא הנטייה של המעגל לצרוך כוח ניכר במהלך הפעולה.כאשר דיודה זנר מפעילה כדי להדק את המתח, הוא גם מאפשר לעבור זרם, מה שמייצר חום עקב התנגדות.חום זה הוא בעיקר אנרגיה מבוזבזת, מהווה אתגר ביישומים רגישים לאנרגיה.

לאחר מכן, החום שנוצר על ידי דיודה זנר בעת ביצוע עריכה יכול להוביל לטמפרטורות גבוהות יותר בתוך המעגל.יישום אמצעי קירור נוספים, כגון כיורי חום או מאווררים, עשוי להיות נחוץ כדי לפזר חום ביעילות ולשמור על טמפרטורות רכיב בטוחות.

עם זאת, בעוד שדיודות זנר מצטיינות בוויסות מתח, הן אינן מספקות באופן טבעי הגנה על זרם יתר חזקה.כדי להגן מפני זרמים מוגזמים שעלולים להתרחש בתנאי תקלה, לרוב חיוני לזווג דיודות זנר עם רכיבי מגן אחרים כמו נתיכים או מפסקי חשמל, שיכולים לסבך את תכנון המעגלים ולהוסיף לעלות.

הפונקציה של דיודה זנר

הפונקציה העיקרית של מעגל הגנת מתח יתר היא לפקח ברציפות במתח המעגל ולהגיב במהירות אם הוא חורג מסף הבטיחות, ובכך מונע נזק אפשרי לרכיבים אלקטרוניים.דיודות זנר ממלאות גם תפקיד זה, מכיוון שהם יכולים לשמור על הולכה יציבה במתח פירוט הפוך ספציפי תוך הצגת התנגדות גבוהה בתנאי הפעלה רגילים, מה שמבטיח שהם לא יפריעו לתפקוד הנכון של המעגל.

ראשית, זהה את מתח ההפעלה הרגיל ואת סף המתח המרבי שעלול לפגוע ברכיבי המעגל.בחר דיודה זנר עם מתח זנר מעט מעל מתח ההפעלה הרגיל אך מתחת לסף המתח המרבי.הגדרה זו מבטיחה שהדיודה תפעל לניהול חשמל רק כאשר המתח עולה על הטווח הרגיל, ובכך מגן מפני מתח יתר.

שנית, שילב את דיודה הזנר שנבחרה במעגל במקביל לרכיב שהוא נועד להגן.יש צורך במיקום מדויק מכיוון שהוא מאפשר לדיודה לנקוט מתח עודף הרחק מהמרכיב הרגיש.הוסף נגדי מגביל זרם בסדרה עם דיודה זנר.מטרת נגד זה היא לשלוט על זרימת הזרם דרך הדיודה כאשר הוא פעיל, ומונע נזק כתוצאה מזרם מוגזם והבטחת המעגל יישאר יציב ובטוח בתנאי מתח יתר.

דוגמה מבצעית

קחו בחשבון מעגל המיועד לשיפור מדידת צפיפות הרעש.כאן ממוקם דיודה זנר לאחר ספק הכוח של רעש נמוך, עם מתח פירוק ממש מעל מתח האספקה האופייני כדי להתמודד עם תנודות.דיודה זנר פועלת לספוג דוקרני מתח ולייצב את מתח היציאה למעגלים הבאים.נגן מגביל זרם מחושב בקפידה משמש להגנה על דיודה זנר בתנאי עומס שונים ולהבטיח פלט מתח עקבי.

כדי לטפל באותות רעש, כלול קבל חוסם DC לסינון רכיבי DC ולאפשר רק את אות הרעש AC, ומבטיח שהוא נקי מהפרעות DC.לאחר מכן מוגבר את אות הרעש באמצעות מגבר רעש נמוך ואולי באמצעות הגברה מרובת שלבים כדי לחזק את האות מבלי לשנות את שלמותו.לאחר מכן מועבר אות זה דרך פילטר פס פס שנקבע בין 1kHz ל- 3kHz כדי לבודד ולמדוד רעש רק בטווח תדר היעד, ובכך מבטיח דיוק בזיהוי ומדידה.

לבסוף, האות נמדד באמצעות מד מתח RMS אמיתי, המציע דיוק ויציבות גבוהה.על ידי בחירה בזהירות של מתח הזנר וקביעת התצורה של הנגד המגביל את הזרם, מעגל הגנה מפני מתח מתח זנר מספק פיתרון חזק לשמירה על ציוד אלקטרוני מאירועי מתח גבוה בלתי צפויים, ובכך להבטיח את העמידות וההפעלה היציבה של מכשירים אלקטרוניים.

איור 11: דיודה זנר המשמשת במעגל מדידת צפיפות רעש

כיצד להגן על מעגלים מפני מתח יתר?

הגנה על רכיבים אלקטרוניים רגישים, כמו בקרי מיקרו, מפני מתחים מוגזמים היא קריטית בתכנון המעגלים.בדרך כלל, לסיכות קלט/פלט של בקר מיקרו יש סובלנות מתח מקסימאלית - לרוב 5 וולט.חריגה מגבלה זו מסתכנת בפגיעה במיקרו -בקר.שיטה מעשית לשמירה על רכיבים אלה כוללת בניית מעגל הגנה על מתח יתר (OVP) באמצעות דיודות זנר.

עבור מעגל בו מתח ההפעלה הרגיל נמצא בקרבת 5V, דיודה זנר עם מתח פירוק מעט גבוה יותר, כגון 5.1V, היא אידיאלית.זה מבטיח כי בתנאים רגילים (מתחים מתחת ל -5.1 וולט), דיודה זנר נשארת לא מוליכה ואינה מפריעה לפעולת המעגל.כאשר מתח הקלט עולה על 5.1V, דיודה זנר מפעילה, מבצעת זרם וממצה את המתח לכ- 5.1V כדי למנוע נזק כלשהו לרכיבי המעגל במורד הזרם.

כדי לאמת את העיצוב, הדמיית מעגל ה- OVP באמצעות תוכנת SPICE, כגון CADENCE PSPICE.הגדר את הסימולציה עם מקור מתח (V1), נגד מגביל זרם (R1), ודיודה זנר שנבחר (D2).בתרחיש זה, נניח דיודה זנר 6.8 וולט (למשל, 1N4099) לבדיקה.אם המתח של V1 עולה על 6.8 וולט, הסימולציה אמורה להראות כי מתח היציאה מוגבל למעשה לסביבות 6.8 וולט או פחות, ומאשר את יכולת ההגנה של הדיודה.

עם מתח כניסה של 6V, הפלט אמור להישאר יציב וקרוב לכניסה, מה שמצביע על פעולה רגילה.ב 6.8 וולט, הפלט אמור להתיישר מעט מתחת למתח הזנר, ולהציג את מעורבותו של הדיודה וייצוב המתח.עם הגדלת הקלט ל- 7.5V (מצב מתח יתר), התפוקה צריכה להישאר משמעותית מתחת לכניסה, סביב 6.883V, ולהפגין הגנה יעילה מפני מתח יתר.תלוי בצרכים הספציפיים של המעגל, ניתן לבחור דיודות זנר עם מתחי פירוק שונים כמו 3.3V, 5.1V, 9.1V או 10.2V.גמישות זו מאפשרת למעצבים להתאים את ההגנה על מתח יתר לדרישות המדויקות של היישום, ולהבטיח הגנה מיטבית.

על ידי בחירה בזהירות של דיודה הזנר המתאימה והדמיה מדויקת של התנהגותו בתנאי מתח שונים, מעצבים יכולים להבטיח הגנה על מתח יתר חזקה.גישה זו לא רק מונעת נזק לרכיבי מעגל עדינים אלא גם משפרת את האמינות והביצועים הכלליים של מכשירים אלקטרוניים.

איור 12: תרשים מעגלי דיודה זנר

כיצד לבחור את הדיודה הזנר המתאימה למתח מתאים?

בחירת דיודה זנר אפקטיבית להגנת מתח יתר דורשת כמה צעדים קריטיים כדי להבטיח שהמעגל פועל בבטחה וביעילות בכל התנאים.

קבע את מתח הזנר המתאים

זהה את המתח המרבי שעליו על המעגל להתמודד.לדוגמה, אם העיצוב מציין כי המתח לא אמור לעלות על 6.8 וולט, דיודה זנר עם מתח פירוט של 6.8 וולט יהיה אידיאלי.

אם התאמה מדויקת למתח הזנר הדרוש אינו זמין, בחר לערך הגבוה ביותר הקרוב ביותר.לדוגמה, כדי להגן מפני מתנפחים יתר על המידה כמו 7V, דיודה זנר 6.8 וולט תהיה קירוב מתאים, מה שמדבק ביעילות את המתח ממש מתחת לסף המרבי.

חישוב עומס וזרם הטיה

התחל בחישוב הזרם שיזרם בדרך כלל דרך העומס;נניח שזה 50mA.הוסף את זרם ההטיה הדרוש לפעולה של דיודה זנר לאיור זה.אם דיודה זנר דורשת זרם הטיה של 10mA, הדרישה הנוכחית הכוללת תהיה אז 60mA (זרם עומס 50mA פלוס 10mA זרם הטיה).

קבע את דירוג הכוח של דיודה זנר

חשב את פיזור הכוח באמצעות מתח הזנר ואת הזרם הכולל.עם מתח זנר של 6.8 וולט וזרם כולל של 60mA, פיזור ההספק יחושב כ- 6.8V x 0.060A = 0.408 וואט.בחר דיודה זנר עם דירוג כוח גבוה יותר מהערך המחושב כדי להבטיח אמינות ובטיחות.דיודה עם דירוג של 500 מגוואט יספקו מרווח מספיק.

חישוב הערך של הנגד המגביל הנוכחי

קח את המתח המרבי שהמעגל עשוי לחוות, נניח 13V.חשב את ירידת המתח על פני הנגד, שהוא ההבדל בין מתח המקור למתח הזנר: 13V - 6.8V = 6.2V.באמצעות חוק OHM, חישב את ערך ההתנגדות הדרוש: ירידת מתח / זרם כולל = 6.2V / 0.060A ≈ 103Ω.אתה יכול לעמוד בזה לערך נגדי סטנדרטי כמו 100Ω למטרות מעשיות.

שיטת גילוי של דיודה זנר

כדי לזהות את הקוטביות של דיודות זנר, ניתן להתחיל בבחינת המראה שלהם.דיודות זנר מעוררות מתכת מבדילות לעתים קרובות את הקוטביות דרך צורת הפנים הקצה שלהם: הקצה השטוח מציין בדרך כלל את האלקטרודה החיובית, ואילו הקצה החצי-עיגול מסמן את האלקטרודה השלילית.עבור דיודות זנר בעלות פלסטיק, חפש סימן צבע בטרמינל השלילי, ומציע מדריך חזותי מהיר לקוטביות.

לשיטה מדויקת יותר, השימוש במולטימטר שנקבע לבדיקת הדיודה או הגדרת התנגדות נמוכה, כגון RX1K, הוא יעיל.חבר את בדיקות המולטימטר לדיודה - אחד לכל מסוף.שימו לב להתנגדות המוצגת, ואז החלף את הבדיקות ומדוד שוב.ההתקנה המציגה התנגדות נמוכה יותר תהיה עם הבדיקה השחורה על החיובי והאדום בטרמינל השלילי.התנגדות גבוהה מאוד או נמוכה מאוד בשתי המדידות עשויה להצביע על כך שהדיודה פגומה ולא מתפקדת כראוי.

איור 13: דיודות זנר

במדידת ערך ויסות המתח של דיודה זנר, שימוש באספקת חשמל DC מתכווננת ברציפות.עבור דיודות זנר המדורגות מתחת 13 וולט, קבע את ספק הכוח ל- 15V.חבר את הדיודה בסדרה עם נגדי מגביל זרם 1.5KΩ בין הקתודה לפלט החיובי של אספקת החשמל, והאנודה לפלט השלילי.מדוד את המתח על פני הדיודה באמצעות מולטימטר;הערך המוצג יהיה ערך ויסות המתח של הדיודה.

איור 14: צורות דיודה זנר נפוצות

עבור דיודות זנר עם ערכי ויסות מעל 15V, הגדל את תפוקת אספקת החשמל ליותר מ 20 וולט כדי להבטיח מדידה מדויקת.לחלופין, עבור דיודות זנר במתח גבוה, ניתן להשתמש במגוהממטר המסוגל לספק עד 1000 וולט.חבר את ההובלה החיובית של MegoHmmeter לטרמינל השלילי של הדיודה ואת הובלה השלילית לטרמינל החיובי.סובב את הידית של MegoHmmeter במהירות עקבית וקרא את המתח על פני הדיודה באמצעות מולטימטר עד שהוא מתייצב במתח ויסות הדיודה.

אם נצפים תנודות או חוסר יציבות בערך המתח במהלך בדיקות אלה, זה יכול להצביע על כך שהדיודה מתפקדת באופן לא עקבי או שנפגעת, ומחייבת את החלפתו.

גודל חבילת דיודה זנר

איור 15: מידות חבילת דיודה זנר

כאשר עובדים עם דיודות זנר, יש להכיר את הממדים הפיזיים שלהם ואת האריזה שלהם.הממדים של דיודות אלה מסופקים בדרך כלל בסנטימטרים, בעקבות תקני ייצור מסוימים והעדפות התעשייה, אם כי מידות מילימטר זמינות גם להתייחסות.

פרטי מתאר החבילה

ניתן להתאים את הממדים החיצוניים של חבילת דיודה של זנר, הכוללים גם את הקוטר (BD) וגם באורך (BL) בגבולות מוגדרים.גמישות זו מאפשרת התאמה בהתאמה אישית ביישומים שונים, במיוחד כאשר ניהול תרמי מהווה דאגה.אם חבילת דיודה זנר כוללת עיסה תרמית, המשמשת לשיפור הולכת החום הרחק מהדיודה, יש לקחת בחשבון אלמנט זה בגודל החבילה הכולל.עם זאת, אילוצי הגודל המינימלי הרגיל לקוטר (BD) אינם חלים כאשר מדובר במדבק התרמי.מדידת האורך (BL) צריכה להקיף את כל החבילה, הכלול של משחה תרמית.

קוטר סיכה V ariat יוני

בדיודות זנר, קוטר הסיכות יכול להיות שונה בתוך החבילה.יון V ariat זה מאכלס כל חריגות בגימור ה- PIN או סטיות בקטעים שאינם כוללים משחה תרמית.גורמים כמו עובי ציפוי או חריגות ייצור קלות יכולים להוביל להבדלים בגודל הסיכה, אשר חשוב לקחת בחשבון במהלך תהליכי התכנון וההרכבה.

ייצוג סמלים לקוטר

כדי להבטיח בהירות בתיעוד ובעקביות על פני עיצובים הנדסיים, גודל הקוטר ברישומים ובמפרט לדיודות זנר דבק בתקן ASME Y14.5M.תקן זה מכתיב את השימוש בסמל "φx" כדי לייצג קוטרים, מקדם אחידות ודיוק ברישומים הנדסיים ועוזר לשמור על עקביות במפרטי הייצור.

סיכום

פיתוח דיודות זנר הפך אותם לכרחי בחישוב באלקטרוניקה מודרנית, במיוחד בוויסות מתח והגנה על מתח יתר.מאפייני הפירוק הייחודיים של ZENER ו- AVALANCHE מאפשרים להם להתמודד עם תנודות מתח ביעילות.השוואת המבנים והפעולות שלהם לבין אלה של דיודות האות מעמיקה את ההבנה שלנו את היישומים הספציפיים שלהם בעיצובים של מעגלים.עם זאת, בעוד שדיודות זנר מציעות הגנה על מתח יתר יעיל וחסכוני, הם מציגים גם אתגרים כמו צריכת אנרגיה גבוהה והצורך בניהול תרמי יעיל.סוגיות אלה מדגישות את ההכרח לחדשנות ואופטימיזציה מתמשכת בתכנון מעגלים אלקטרוניים כדי למנף את מלוא הפוטנציאל של דיודות זנר.

שאלות נפוצות [שאלות נפוצות]

1. למה משמש דיודה זנר?

דיודה זנר משמשת בעיקר לוויסות מתח, ומבטיחה כי גם אם מתח האספקה משתנה, המתח על פני דיודה זנר נשאר יציב.הוא משמש גם להגנת מתח יתר, ומגן על אלקטרוניקה רגישה מפני קוצים מתח.

2. מהי הגנה על מתח יתר?

הגנה על מתח יתר היא מנגנון הגנת מעגלים המונע מתח מוגזם לפגיעה ברכיבים אלקטרוניים.זה מבטיח שרמות המתח יישארו בגבולות בטוחים עבור רכיבי המעגל.

3. מהם מעגלי ההגנה על מתח יתר?

מעגלי הגנת מתח יתר נועדו למנוע מתח מופרז של רכיבים ומזיקים.מעגלים אלה משתמשים בדרך כלל ברכיבים כמו דיודות זנר, וריסטורים או דיודות מדכאות מתח חולף (TVS) כדי להדק את המתח לרמות בטוחות במהלך דוקרני מתח.

4. מה ההבדל בין דיודה רגילה לדיודה זנר?

ההבדל העיקרי טמון בטיפול במתח הפוך.דיודות רגילות חוסמות זרם בכיוון ההפוך ויכולות להיפגע אם המתח ההפוך עולה על סף מסוים.לעומת זאת, דיודות זנר נועדו לא רק לחסום זרם הפוך, אלא גם להתנהג בבטחה כאשר המתח ההפוך עולה על רמה שנקבעה מראש, המכונה מתח הזנר, ללא נזק.

5. מהו העיקרון העובד של דיודה זנר?

דיודה זנר פועלת על ידי מאפשר לזרם לזרם בכיוון ההפוך כאשר המתח עולה על מתח הזנר שלו.זה נובע מצומת ה- P-N המסומם בכבדות היוצר אזור דלדול צר.השדות החשמליים הגבוהים בצומת זה מאפשרים לדיודה זנר להתנהג הפוך מבלי להיפגע, ובכך לשמור על יציבות המתח ברוחו.נכס זה משמש לוויסות מתח והגנה במעגלים.