- Giriş
- Zener Diyotun Çalışma Prensibi:
- Zener Diyotunun Uygulamaları:
- 1. Voltaj Regülatörü Olarak Zener Diyot
- 2. Dalga Biçimi Kırpıcı Olarak Zener Diyot
- 3. Voltaj Değiştirici Olarak Zener Diyot
- Zener Diyot Türleri:
- Sonuç:
Giriş
Diyotlar genellikle akımın bir yönde (ileri yönlü) akışına izin veren ve ters önyargıda kullanıldığında akım akışına direnç sunan bir cihaz olarak bilinir. Zener Diode (adını ilk kez çalışma prensiplerini açıklayan Amerikalı bilim adamı C. şimdiye kadar uygulanan gerilim, Zener Kırılma Gerilimi olarak bilinen arıza geriliminin üzerindedir. Ya da başka bir deyişle Arıza gerilimi, Zener Diyodunun ters yönde iletmeye başladığı gerilimdir.
Zener Diyotun Çalışma Prensibi:
Normal diyotlarda arıza gerilimi çok yüksektir ve arıza diyotunun üzerinde bir gerilim uygulanırsa diyot tamamen zarar görür, ancak Zener diyotlarda arıza gerilimi o kadar yüksek değildir ve zener diyotun kalıcı hasar görmesine neden olmaz. gerilim uygulanır.
Zener diyotuna uygulanan ters gerilim, belirtilen Kırılma Gerilimine (Vz) doğru yükseldikçe, diyot üzerinden bir akım akmaya başlar ve bu akım Zener Akımı olarak bilinir ve bu işlem Çığ Kırılması olarak bilinir. Akım maksimuma çıkar ve sabitlenir. Bu akım, daha geniş uygulanan voltaj aralığında sabit kalır ve Zener diyotunun hasar görmeden daha yüksek voltaja dayanmasını sağlar. Bu akım seri direnç tarafından belirlenir.
Normal bir diyotun aşağıdaki resimlerini çalışırken düşünün.
Zener diyotunun işlemlerini göstermek için aşağıdaki iki deneyi (A ve B) düşünün.
Gelen Deney A, 12 V bir zener diyodu Resimde ve daha az olduğu için zener diyot etkin bir voltaj engellenmiş görülebileceği gibi biyaslıya bağlanır / böylece belirli bir zener diyot ait dayanma geriliminden ve lambaya eşit kapalı kaldı.
Gelen Deney B, bir 6v Zener diyodu (ampul yanar) uygulanan voltaj olduklarını gösteren kırılma voltajının daha fazla olan ve bu nedenle, çünkü ters eğimli yürüttüğü kullanılan arıza bölgesi zener dıyodunun operasyon bölgesidir.
Zener diyotu akım-gerilim karakteristik eğrisi aşağıda gösterilmiştir.
Grafikten, ters öngerilim modunda çalıştırılan zener diyotunun, sağlanan akım miktarına bakılmaksızın oldukça sabit bir gerilime sahip olacağı çıkarılabilir.
Zener Diyotunun Uygulamaları:
Zener diyotları elektronik devrelerde üç ana uygulamada kullanılır;
1. Gerilim Düzenlemesi
2. Dalga Biçimi Kırpma Aracı
3. Voltaj Değiştirici
1. Voltaj Regülatörü Olarak Zener Diyot
Bu, tartışmasız zener diyotların en yaygın uygulamasıdır.
Zener diyotlarının bu uygulaması, büyük ölçüde zener diyotlarının, besleme veya yük akımındaki değişikliklerden bağımsız olarak sabit bir voltajı muhafaza etme yeteneğine dayanır. Bir voltaj düzenleme cihazının genel işlevi, yük tarafından çekilen enerjideki değişimlere (Yük akımı) veya besleme voltajındaki varyasyonlara ve kararsızlığa bakılmaksızın, ona paralel olarak bağlanan bir yüke sabit bir çıkış voltajı sağlamaktır.
Zener diyotu, akımın maksimum ve minimum ters akım aralığında kalması koşuluyla sabit voltaj sağlayacaktır.
Voltaj regülatörü olarak kullanılan Zener diyotunu gösteren devre şeması aşağıda gösterilmiştir.
Bir direnç, R1, diyot içinden akan akım miktarını sınırlamak için zener diyot ile seri olarak bağlanır ve giriş voltajı Vin (zener voltajından daha büyük olmalıdır) resimde gösterildiği gibi ve çıkış voltajı Vout, Vout = Vz (Zener Voltage) ile zener diyot üzerinden alınır . Zener diyotunun ters önyargı özellikleri, voltajı düzenlemek için gerekli olan şey olduğundan, katot devrenin pozitif rayına bağlanarak ters öngerilim modunda bağlanır.
Direnç R1'in değerini seçerken dikkatli olunmalıdır, çünkü küçük bir değer direnci, yük bağlandığında büyük bir diyot akımına neden olur ve bu, diyotun maksimum güç oranından daha yüksek olabilecek güç kaybı gereksinimini artıracaktır. zener ve ona zarar verebilir.
Kullanılacak direncin değeri aşağıdaki formül kullanılarak belirlenebilir.
R 1 = (V in - V Z) / I Z Nerede; R1, seri direncin değeridir. Vin, giriş voltajıdır. Vout ile aynı olan Vz, Zener voltajı ve Iz, zener akımıdır.
Bu formülü kullanarak, seçilen direncin değerinin, zenerin idare edebileceğinden daha yüksek akım akışına yol açmamasını sağlamak kolay hale gelir.
Zener diyot tabanlı regülatör devrelerinde yaşanan küçük bir sorun, Zener'ın bazen giriş voltajını düzenlemeye çalışırken besleme rayında elektriksel gürültü oluşturmasıdır. Bu çoğu uygulama için bir sorun olmasa da, bu sorun diyot boyunca büyük bir değer ayrıştırma kapasitörünün eklenmesi ile çözülebilir. Bu, zener çıkışının dengelenmesine yardımcı olur.
2. Dalga Biçimi Kırpıcı Olarak Zener Diyot
Normal diyotların kullanımlarından biri, bir giriş AC dalga formunu veya sinyalini şekillendirmek veya değiştirmek için kullanılan, kesme makinesinin veya kelepçenin özelliklerine bağlı olarak farklı şekilli bir çıkış sinyali üreten devreler olan kırpma ve kenetleme devrelerinin uygulamalarındadır.
Clippers devreleri, genel olarak, bir devrenin çıkış sinyalinin, giriş sinyalinin veya dalga formunun başka herhangi bir bölümünü değiştirmeden önceden belirlenmiş bir voltaj değerinin ötesine geçmesini önlemek için kullanılan devrelerdir.
Kelepçelerle birlikte bu devreler, analog televizyon ve FM radyo vericilerinde parazitin giderilmesi (kenetleme devreleri) ve yüksek tepe noktalarının kırpılmasıyla gürültü tepe noktalarının sınırlandırılması için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Yana Zener diyodları jenerik normal bir diyot gibi davranır uygulanan gerilim kırılma voltajının eşit olmadığı zaman, aynı zamanda bu şekilde devreleri kırpma kullanılır.
Kırpma devreleri, sinyali pozitif, negatif veya her iki bölgede de kırpmak için tasarlanabilir. Pozitif veya negatif kesme makinesi olarak tasarlanıp tasarlanmadığına bakılmaksızın, diyot doğal olarak diğer bölgeyi 0.7V'de kırpacaktır.
Örneğin, aşağıdaki devreyi düşünün.
Kırpma devresi, çıkış sinyalini 6.2v'de kırpmak için tasarlanmıştır, bu nedenle 6.2v zener diyot kullanılmıştır. Zener diyotu, giriş dalga biçiminden bağımsız olarak çıkış sinyalinin zener voltajının ötesine geçmesini önler. Bu özel örnek için, 20V'luk bir giriş voltajı kullanıldı ve pozitif salınımdaki çıkış voltajı, zener diyodunun voltajıyla tutarlı olan 6.2v idi. Ancak AC voltajının negatif salınımı sırasında, zener diyot normal diyot gibi davranır ve çıkış voltajını normal silikon diyotlarla tutarlı olarak 0,7V'de keser.
AC devresinin negatif salınımının yanı sıra pozitif salınım için kırpma devresini, gerilimin pozitif ve negatif salınım üzerinde farklı seviyelerde kırpılacağı şekilde uygulamak için, bir çift zener kesme devresi kullanılır. Çift zener kesme devresinin devre şeması aşağıda gösterilmiştir.
Yukarıdaki kırpma devresinde, Vz2 voltajı, çıkış sinyalinin kırpılmak istendiği AC kaynağının negatif salınımındaki voltajı temsil ederken, Vz1 voltajı, çıkış voltajının bulunduğu AC kaynağının pozitif salınımındaki voltajı temsil eder. kırpılmak isteniyor.
3. Voltaj Değiştirici Olarak Zener Diyot
Voltaj kaydırıcı, zener diyodunun en basit ama ilginç uygulamalarından biridir. Özellikle 3,3v'lik bir sensörü 5V'luk bir MCU'ya bağlama konusunda deneyiminiz varsa ve okumalardaki vb. Hataları ilk elden gördüyseniz, bu hataların onlara yol açabileceğini göreceksiniz. Voltaj değiştiriciler, sinyali bir voltajdan diğerine dönüştürmeye yardımcı olur ve zener diyotunun arıza bölgesinde sabit çıkış voltajını sürdürme yeteneği sayesinde, operasyon için ideal bir bileşen yapar.
Bir de zener diyot göre voltaj değiştiren, devre, bir değer ile kullanılan özel zener diyot dökümü gerilimine eşit, çıkış gerilimini düşürür. Voltaj değiştiricinin devre şeması aşağıda gösterilmiştir.
Aşağıdaki deneyi düşünün,
Devre, 3.3v zener diyot tabanlı bir voltaj değiştiriciyi açıklar. Devrenin çıkış voltajı (3.72V), zener diyotun arıza voltajının (3.3V) giriş voltajından (7V) çıkarılmasıyla verilir.
Vout = Vin –Vz
Vout = 7 - 3.3 = 3.7v
Tasarım mühendisi tasarım sürecinde zaman zaman üç farklı voltaj seviyesiyle çalışmak zorunda kalabileceğinden, daha önce açıklandığı gibi voltaj değiştirici, günümüz elektronik devreleri tasarımında birkaç uygulamaya sahiptir.
Zener Diyot Türleri:
Zener diyotları, aşağıdakileri içeren birkaç parametreye göre tiplere ayrılır;
- Nominal Gerilim
- Güç dağılımı
- İleri sürüş akımı
- İleri voltaj
- Ambalaj türü
- Maksimum Ters Akım
Nominal Gerilim
Bir zener diyodunun nominal Çalışma voltajı, diyotun kullanılacağı uygulamaya bağlı olarak zener diyodunun kırılma voltajı olarak da bilinir, bu genellikle Zener diyot seçimi için en önemli kriterdir.
Güç dağılımı
Bu, zener akımının dağıtabileceği maksimum güç miktarını temsil eder. Bu güç oranının aşılması, zener diyotunun sıcaklığının aşırı yükselmesine neden olur ve bu da ona zarar verebilir ve bir devrede ona bağlı olan şeylerin arızalanmasına neden olabilir. Bu nedenle, kullanım göz önünde bulundurularak diyot seçerken bu faktör dikkate alınmalıdır.
Maksimum Zener Akımı
Bu, zener voltajında zener diyottan cihaza zarar vermeden geçirilebilecek maksimum akımdır.
Minimum Zener Akımı
Bu, zener diyotunun arıza bölgesinde çalışmaya başlaması için gereken minimum akımı ifade eder.
Diyot için spesifikasyon görevi gören diğer parametrelerin hepsinin, bu özel tasarım için ihtiyaç duyulan zener diyot türü hakkında bir karar verilmeden önce tamamen dikkate alınması gerekir.
Sonuç:
İşte zener diyot hakkında asla unutmamanız gereken 5 nokta.
- Bir zener diyot, sıradan bir diyot gibidir, ancak keskin bir kırılma voltajına sahip olması için katkılıdır.
- Zener diyotu, maksimum zener akımının aşılmaması koşuluyla, giriş voltajından bağımsız olarak sabit bir çıkış voltajı sağlar.
- İleri eğilimli bağlandığında, zener diyot tam olarak normal silikon diyot gibi davranır. Normal diyotun kullanımına eşlik eden aynı 0.7v voltaj düşüşü ile çalışır.
- Zener diyotunun varsayılan çalışma durumu, arıza bölgesinde (ters taraflı). Bu, uygulanan voltajın ters taraflı olarak Zener Voltajından yüksek olduğu zaman aslında çalışmaya başladığı anlamına gelir.
- Zener diyotu çoğunlukla voltaj regülasyonu, kırpma devreleri ve Voltaj değiştiricileri içeren uygulamalarda kullanılır.