איך עובדת דיודת זנר

דיודת זנר או דיודה זנר (דיודת זנר מוליכים למחצה) היא דיודה מיוחדת הפועלת במצב התמוטטות יציב בתנאי הטיה הפוכה של צומת pn. עד להתרחשות התמוטטות זו, זורם רק זרם קטן מאוד דרך דיודת הזנר, זרם הדליפה, עקב ההתנגדות הגבוהה של דיודת הזנר הסגורה.

אבל כאשר מתרחשת תקלה, הזרם גדל באופן מיידי מכיוון שההתנגדות הדיפרנציאלית של הזנר היא בנקודה זו משברים למאות אוהם. באופן זה, המתח על פני דיודת הזנר נשמר בצורה מדויקת מאוד על פני טווח רחב יחסית של זרמים הפוכים.

דיודת הזנר נקראת דיודה זנר (מדיודה זנר האנגלית) לכבודו של המדען שגילה לראשונה את תופעת התמוטטות המנהרה, הפיזיקאי האמריקאי קלרנס מלווין זנר (1905 - 1993).

ההתמוטטות החשמלית של צומת pn, שהתגלתה על ידי זנר, הקשורה לאפקט המנהור, תופעת דליפת אלקטרונים דרך מחסום פוטנציאל דק, נקראת כיום אפקט הזנר, המשרת היום בדיודות זנר מוליכות למחצה.

התמונה הפיזית של האפקט היא כדלקמן.בהטיה ההפוכה של צומת p-n, פסי האנרגיה חופפים ואלקטרונים יכולים לנוע מפס הערכיות של אזור p לפס ההולכה של אזור n, עקב שדה חשמלי, זה מגדיל את מספר נושאי המטען החופשיים, והזרם ההפוך גדל בחדות.

לפיכך, המטרה העיקרית של דיודת הזנר היא לייצב את המתח. התעשייה מייצרת דיודות זנר מוליכים למחצה עם מתחי ייצוב מ-1.8 וולט עד 400 וולט, הספק גבוה, בינוני ונמוך, הנבדלות בזרם ההפוך המרבי המותר.

מייצבי מתח פשוטים עשויים על בסיס זה. בתרשימים, דיודות זנר מסומנות בסמל הדומה לסמל הדיודה, עם ההבדל היחיד שהקתודה של דיודות זנר מתוארת בצורה של האות «G».

דיודות זנר בעלות מבנה משולב סמוי, עם מתח ייצוב של כ-7 וולט, הן מקורות הייחוס המדויקים והיציבים ביותר של מתח מוצק: הדוגמאות הטובות ביותר שלהן קרובות באופן אופייני לתא הגלווני הרגיל של ווסטון (תא גלווני התייחסות כספית קדמיום).

דיודות מפולת במתח גבוה ("דיודות TVS" ו"מדכאים"), הנמצאות בשימוש נרחב במעגלי הגנה מפני נחשולי מתח של כל מיני ציוד, שייכות לסוג מיוחד של דיודות זנר.

כפי שאתה יכול לראות, דיודת הזנר, בניגוד לדיודה הרגילה, פועלת על הענף ההפוך של מאפיין I - V. בדיודה רגילה, אם מופעל עליה מתח הפוך, כשל יכול להתרחש באחת משלוש דרכים (או בבת אחת): התמוטטות המנהרה, התמוטטות המפולת והתמוטטות עקב חימום תרמי מזרמי דליפה.

התמוטטות תרמית של דיודות זנר סיליקון אינה חשובה מכיוון שהן מתוכננות כך שהתמוטטות מנהרה, התמוטטות מפולת או שני סוגי התמוטטות מתרחשים בו זמנית הרבה לפני מגמת ההתמוטטות התרמית. דיודות זנר מסדרה עשויות כיום בעיקר מסיליקון.

תקלה במתח מתחת ל-5 V הוא ביטוי לאפקט הזנר, תקלה מעל 5 V הוא ביטוי להתמוטטות מפולת. מתח פירוק ביניים של כ-5 V נובע בדרך כלל משילוב של שתי ההשפעות הללו. חוזק השדה החשמלי ברגע התמוטטות דיודת הזנר הוא כ-30 MV/m.

התמוטטות דיודה זנר מתרחשת במוליכים למחצה מסוג p מסוממים במידה בינונית ובמוליכים למחצה מסוג n מסוממים בכבדות. ככל שטמפרטורת הצומת עולה, הפשטת דיודת הזנר פוחתת ותרומת התמוטטות המפולת עולה.

לדיודות זנר יש את המאפיינים האופייניים הבאים. Vz - מתח ייצוב. התיעוד מציין שני ערכים עבור פרמטר זה: מתח הייצוב המרבי והמינימלי. Iz הוא זרם הייצוב המינימלי. Zz היא ההתנגדות של דיודת הזנר. Izk ו-Zzk - התנגדות זרם ודינמית בזרם ישר. Ir ו-Vr הם זרם הזליגה והמתח המרביים בטמפרטורה נתונה. Tc הוא מקדם הטמפרטורה. Izrm - זרם ייצוב מקסימלי של דיודת הזנר.

דיודות זנר נמצאות בשימוש נרחב כאלמנטים מייצבים עצמאיים, כמו גם כמקורות של מתחי ייחוס (מתחי ייחוס) במייצב טרנזיסטור.

כדי להשיג מתחי ייחוס קטנים, דיודות זנר מופעלות גם בכיוון קדימה, כמו דיודות רגילות, ואז מתח הייצוב של דיודת זנר אחת יהיה 0.7 - 0.8 וולט.

ההספק המרבי המופץ על ידי הגוף של דיודת זנר הוא בדרך כלל בטווח של 0.125 עד 1 וואט. זה, ככלל, מספיק לפעולה רגילה של מעגלי הגנה מפני רעשי דחף ולבניית מייצבים בעלי הספק נמוך.