Dioda semikonduktor memiliki banyak "profesi". Itu dapat memperbaiki tegangan, melepaskan sirkuit listrik, melindungi peralatan dari catu daya yang tidak tepat. Tetapi ada jenis "kerja" dioda yang tidak biasa, ketika properti konduksi satu arah digunakan secara tidak langsung. Perangkat semikonduktor yang mode normalnya bias balik disebut dioda zener.
Isi
Apa itu dioda zener, di mana digunakan dan apa itu
Dioda zener, atau dioda Zener (dinamai setelah seorang ilmuwan Amerika yang pertama kali mempelajari dan menjelaskan sifat-sifat perangkat semikonduktor ini), adalah dioda konvensional dengan sambungan p-n.Fiturnya bekerja di bagian karakteristik dengan bias negatif, yaitu ketika tegangan diterapkan dalam polaritas terbalik. Dioda semacam itu digunakan sebagai penstabil independen yang mempertahankan tegangan konsumen konstan, terlepas dari perubahan arus beban dan fluktuasi tegangan input. Juga, node pada dioda zener digunakan sebagai sumber tegangan referensi untuk stabilisator lain dengan sirkuit yang dikembangkan. Lebih jarang, dioda terbalik digunakan sebagai elemen pembentuk pulsa atau pelindung lonjakan arus.
Ada dioda zener konvensional dan dua anoda. Dioda zener dua anoda adalah dua dioda yang dihubungkan saling membelakangi dalam satu wadah. Itu dapat diganti dengan dua perangkat terpisah, termasuk mereka sesuai dengan skema yang sesuai.
Karakteristik volt-ampere dioda zener dan prinsip operasinya
Untuk memahami prinsip pengoperasian dioda zener, perlu mempelajari karakteristik tegangan arus (CVC) tipikalnya.
Jika tegangan diterapkan ke zener dalam arah maju, seperti pada dioda konvensional, maka ia akan berperilaku seperti dioda konvensional. Pada tegangan sekitar 0,6 V (untuk perangkat silikon), ia akan terbuka dan memasuki bagian linier dari karakteristik I–V. Pada topik artikel, perilaku dioda zener lebih menarik ketika tegangan polaritas terbalik diterapkan (cabang negatif dari karakteristik). Pertama, resistansinya akan meningkat tajam, dan perangkat akan berhenti mengalirkan arus. Tetapi ketika nilai tegangan tertentu tercapai, peningkatan arus yang tajam akan terjadi, yang disebut breakdown. Ini memiliki karakter longsoran salju, dan menghilang setelah kekuatannya dihilangkan.Jika Anda terus meningkatkan tegangan balik, maka sambungan p-n akan mulai memanas dan memasuki mode kerusakan termal. Kerusakan termal tidak dapat diubah dan berarti kegagalan dioda zener, jadi Anda tidak boleh memasukkan dioda ke mode ini.
Area operasi yang menarik dari perangkat semikonduktor dalam mode kerusakan longsoran salju. Bentuknya mendekati linier, dan memiliki kecuraman yang tinggi. Artinya dengan perubahan arus (ΔI) yang besar, perubahan jatuh tegangan pada dioda zener relatif kecil (ΔU). Dan ini adalah stabilisasi.
Perilaku ini saat menerapkan tegangan balik adalah tipikal untuk dioda apa pun. Tetapi kekhasan dioda zener adalah bahwa parameternya di bagian CVC ini dinormalisasi. Tegangan stabilisasi dan kemiringannya diberikan (dengan spread tertentu) dan merupakan parameter penting yang menentukan kesesuaian perangkat di sirkuit. Anda dapat menemukannya di buku referensi. Dioda biasa juga dapat digunakan sebagai dioda zener - jika Anda melepas CVC-nya dan di antara mereka ada karakteristik yang sesuai. Tetapi ini adalah proses yang panjang dan melelahkan dengan hasil yang tidak dijamin.
Karakteristik utama dioda zener
Untuk memilih dioda Zener untuk keperluan yang ada, Anda perlu mengetahui beberapa parameter penting. Karakteristik ini akan menentukan kesesuaian perangkat yang dipilih untuk menyelesaikan tugas.
Tegangan stabilisasi terukur
Parameter pertama zener, yang perlu Anda perhatikan saat memilih, adalah tegangan stabilisasi, yang ditentukan oleh titik awal kerusakan longsoran salju. Ini dimulai dengan pemilihan perangkat untuk digunakan di sirkuit.Untuk berbagai contoh dioda zener biasa, bahkan dari jenis yang sama, tegangan memiliki penyebaran di wilayah beberapa persen, untuk presisi perbedaannya lebih rendah. Jika tegangan nominal tidak diketahui, dapat ditentukan dengan merakit rangkaian sederhana. Anda harus mempersiapkan:
- resistor pemberat 1 ... 3 kOhm;
- sumber tegangan yang dapat disesuaikan;
- voltmeter (Anda dapat menggunakan tester).
Hal ini diperlukan untuk menaikkan tegangan sumber listrik dari nol, mengontrol pertumbuhan tegangan pada dioda zener menggunakan voltmeter. Pada titik tertentu, itu akan berhenti, meskipun ada peningkatan lebih lanjut dalam tegangan input. Ini adalah tegangan stabilisasi yang sebenarnya. Jika tidak ada sumber yang diatur, Anda dapat menggunakan catu daya dengan tegangan output konstan yang jelas lebih tinggi dari Ustabilisasi. Skema dan prinsip pengukuran tetap sama. Tetapi ada risiko kegagalan perangkat semikonduktor karena kelebihan arus operasi.
Dioda zener digunakan untuk bekerja dengan tegangan dari 2 ... 3 V hingga 200 V. Untuk membentuk tegangan yang stabil di bawah kisaran ini, perangkat lain digunakan - stabistor yang beroperasi di bagian langsung CVC.
Rentang operasi saat ini
Arus di mana dioda zener menjalankan fungsinya dibatasi dari atas dan bawah. Dari bawah, itu dibatasi oleh awal bagian linier dari cabang terbalik CVC. Pada arus yang lebih rendah, karakteristik tidak memberikan mode tegangan konstan.
Nilai atas dibatasi oleh disipasi daya maksimum yang mampu dilakukan oleh perangkat semikonduktor dan bergantung pada desainnya. Dioda zener dalam wadah logam dirancang untuk arus lebih, tetapi jangan lupa tentang penggunaan unit pendingin.Tanpa mereka, daya disipasi maksimum yang diizinkan akan jauh lebih sedikit.
Resistansi diferensial
Parameter lain yang menentukan operasi dioda zener adalah resistansi diferensial Rst. Ini didefinisikan sebagai rasio perubahan tegangan U dengan perubahan arus I yang menyebabkannya. Nilai ini memiliki dimensi resistansi dan diukur dalam ohm. Secara grafis, ini adalah tangen kemiringan bagian kerja karakteristik. Jelas, semakin rendah resistansi, semakin baik kualitas stabilisasi. Untuk dioda zener yang ideal (tidak ada dalam praktiknya), Rst sama dengan nol - setiap kenaikan arus tidak akan menyebabkan perubahan tegangan, dan bagian karakteristik I–V akan sejajar dengan sumbu y.
Penandaan dioda zener
Dioda zener domestik dan impor dalam wadah logam ditandai dengan sederhana dan jelas. Mereka ditandai dengan nama perangkat dan lokasi anoda dan katoda dalam bentuk penunjukan skema.
Perangkat dalam wadah plastik ditandai dengan cincin dan titik berbagai warna di sisi katoda dan anoda. Dengan warna dan kombinasi karakter, Anda dapat menentukan jenis perangkat, tetapi untuk ini Anda harus melihat ke buku referensi atau menggunakan program kalkulator. Keduanya dapat ditemukan di Internet.
Terkadang tegangan stabilisasi diterapkan pada dioda zener berdaya rendah.
Sirkuit switching dioda zener
Rangkaian utama untuk menyalakan dioda zener dirangkai seri dengan penghambat, yang mengatur arus melalui perangkat semikonduktor dan mengambil kelebihan tegangan. Kedua elemen tersebut membuat pembagi bersama. Ketika tegangan input berubah, penurunan pada dioda zener tetap konstan, sedangkan penurunan pada resistor berubah.
Sirkuit semacam itu dapat digunakan secara independen dan disebut penstabil parametrik. Ini mempertahankan tegangan pada beban konstan, meskipun fluktuasi tegangan input atau arus yang ditarik (dalam batas-batas tertentu). Blok serupa juga digunakan sebagai sirkuit bantu di mana sumber tegangan referensi diperlukan.
Penyertaan tersebut juga digunakan sebagai perlindungan peralatan sensitif (sensor, dll.) dari terjadinya tegangan tinggi yang tidak normal pada saluran listrik atau pengukuran (impuls konstan atau acak). Apa pun di atas tegangan stabilisasi perangkat semikonduktor "terputus". Skema seperti itu disebut "penghalang Zener".
Sebelumnya, properti dioda zener untuk "memotong" puncak tegangan banyak digunakan di sirkuit pembentuk pulsa. Perangkat dua-anoda digunakan dalam rangkaian arus bolak-balik.
Tetapi dengan perkembangan teknologi transistor dan munculnya sirkuit terpadu, prinsip ini jarang digunakan.
Jika tidak ada dioda zener di tangan untuk tegangan yang diinginkan, itu dapat terdiri dari dua. Tegangan stabilisasi total akan sama dengan jumlah dari dua tegangan.
Penting! Jangan menghubungkan dioda zener secara paralel untuk meningkatkan arus operasi! Penyebaran karakteristik arus-tegangan akan menyebabkan output dari satu dioda zener ke zona kerusakan termal, kemudian yang kedua akan gagal karena kelebihan arus beban.
Meskipun dalam dokumentasi teknis pada masa Uni Soviet diperbolehkan paralel penyertaan zener secara paralel, tetapi dengan ketentuan bahwa perangkat harus dari jenis yang sama dan total daya disipasi aktual selama operasi tidak boleh melebihi yang diizinkan untuk dioda zener tunggal. Artinya, peningkatan arus operasi di bawah kondisi ini tidak dapat dicapai.
Untuk meningkatkan arus beban yang diijinkan, skema lain digunakan. Stabilizer parametrik dilengkapi dengan transistor, dan pengikut emitor diperoleh dengan beban di sirkuit emitor dan stabil tegangan basis transistor.
Dalam hal ini, tegangan keluaran stabilizer akan kurang dari Ustabilisasi dengan jumlah penurunan tegangan di persimpangan emitor - untuk transistor silikon, sekitar 0,6 V. Untuk mengimbangi penurunan ini, Anda dapat menyalakan dioda secara seri dengan dioda zener dengan arah maju.
Dengan cara ini (dengan menyalakan satu atau lebih dioda), Anda dapat mengatur tegangan keluaran stabilizer ke atas dalam kisaran kecil. Jika Anda perlu meningkatkan Uout secara radikal, lebih baik menyalakan satu lagi dioda zener secara seri.
Ruang lingkup dioda zener di sirkuit elektronik sangat luas. Dengan pendekatan sadar terhadap pilihan, perangkat semikonduktor ini akan membantu memecahkan banyak masalah yang diberikan kepada pengembang.
Artikel serupa:
