16.12.2015 / Von Jia (Rabiyya Khan)
Eine Zenerdiode ist ein Siliziumhalbleitergerät, das den Stromfluss in Vorwärts-oder Rückwärtsrichtung ermöglicht. Die Diode besteht aus einem speziellen, stark dotierten p-n-Übergang, der dazu ausgelegt ist, bei Erreichen einer bestimmten angegebenen Spannung in umgekehrter Richtung zu leiten.,
Die Zenerdiode hat eine genau definierte Durchbruchspannung, bei der sie mit der Stromleitung beginnt und kontinuierlich im Reverse-Bias-Modus arbeitet, ohne beschädigt zu werden. Darüber hinaus bleibt der Spannungsabfall über die Diode über einen weiten Spannungsbereich konstant, was Zenerdioden für den Einsatz in der Spannungsregelung geeignet macht.
Zenerdiode Betrieb
Die Zenerdiode arbeitet wie die normale Diode im Forward-Bias-Modus und hat eine Einschaltspannung zwischen 0,3 und 0,7 V., Beim Anschluss im umgekehrten Modus, der in den meisten Anwendungen üblich ist, kann jedoch ein kleiner Leckstrom fließen. Wenn die Rückspannung auf die vorgegebene Durchbruchspannung (Vz) ansteigt, beginnt ein Strom durch die Diode zu fließen. Der Strom steigt auf ein Maximum an, das durch den Serienwiderstand bestimmt wird, wonach er sich stabilisiert und über einen weiten Bereich der angelegten Spannung konstant bleibt.,
Abbildung 1: Eigenschaften der Zenerdiode IV
Zener-Durchbruch
Der Durchbruch ist entweder auf den Zener-Durchbrucheffekt zurückzuführen, der unter 5,5 V auftritt, oder auf die Schlagionisation, die über 5,5 V auftritt.
Der Zener-Effekt hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, während der Aufpralleffekt einen positiven Koeffizienten erfährt. Die beiden Temperatureffekte sind bei 5 nahezu gleich.,5 V und heben sich gegenseitig auf, um die mit etwa 5,5 V bewerteten Zenerdioden über einen weiten Temperaturbereich am stabilsten zu machen.
Zenerdiodenspezifikationen
Zenerdioden variieren in Spezifikationen wie Nennbetriebsspannung, Verlustleistung, maximalem Rückstrom und Verpackung. Einige häufig verwendete Spezifikationen umfassen:
- Spannung Vz: Die Zenerspannung bezieht sich auf die umgekehrte Durchbruchspannung—2,4 V bis etwa 200 V; kann bis zu 1 kV betragen, während das Maximum für das Aufputzgerät (SMD) etwa 47 V beträgt.
- Strom Iz (max.,): Maximaler Strom bei der Zener-Nennspannung Vz-200 uA bis 200 A).
- Strom Iz (min.): Mindeststrom erforderlich für die diode zu brechen—5 mA und 10 mA.
- Nennleistung: Die maximale Leistung, die die Zenerdiode abführen kann; gegeben durch das Produkt der Spannung über die Diode und den durchfließenden Strom. Typische Werte sind 400 mW, 500 mW, 1 W und 5 W; für Oberflächenmontage sind 200 mW, 350 mW, 500 mW und 1 W typisch.
- Spannungstoleranz: Typischerweise ±5%.
- Temperaturstabilität: Dioden um 5 V haben die beste Stabilität.,
- Paket: Leaded geräte und die oberfläche montieren entweder als diskrete geräte oder innerhalb integrierte schaltungen.
- Zenerwiderstand (Rz): Die Diode weist einen gewissen Widerstand auf, wie aus den IV-Eigenschaften hervorgeht.
Abbildung 2: Zener-Diodenwiderstand
Zener-Diodenanwendungen
Zener-Dioden werden zur Spannungsregelung, als Referenzelemente, Überspannungsunterdrücker und in Schaltanwendungen und Clipper-Schaltungen verwendet.
Spannungsregler
Die Lastspannung entspricht Durchbruchspannung VZ der Diode., Der Reihenwiderstand begrenzt den Strom durch die Diode und lässt die Überspannung ab, wenn die Diode leitet.
Abbildung 3: Zener-Dioden-Shunt-Regler
Zener-Diode im Überspannungsschutz
Steigt die Eingangsspannung auf einen Wert höher als die Zener-Durchbruchsspannung, fließt Strom durch die Diode und erzeugt einen Spannungsabfall über den Widerstand. Der Kurzschluss öffnet die Sicherung und trennt die Last von der Versorgung.,
Abbildung 4: SCR überspannung brechstange schaltung
Zener Diode Clipping Schaltungen
Zener dioden sind verwendet zu ändern oder form AC wellenform clipping schaltungen. Die Clipping-Schaltung begrenzt oder schneidet Teile eines oder beider Halbzyklen einer AC-Wellenform ab, um die Wellenform zu formen oder Schutz zu bieten.
Abbildung 5: Zener-dioden-clipping-schaltungen