دیود زنر دستگاه های نیمه هادی هستند که اجازه می دهند جریان در هر دو جهت جریان یابد اما در جریان معکوس تخصص دارند. دیودهای زنر که به عنوان دیودهای شکست نیز شناخته می شوند، رایج ترین قطعات الکترونیکی هستند که به عنوان مرجع ولتاژ پایدار برای مدارهای الکترونیکی استفاده می شوند.
ویژگی‌های شاخص دیود زنر
دیودهای زنر از دو نیمه‌رسانا (N و P) تشکیل شده‌اند و با ترکیب این دو، یک اتصال PN ایجاد می‌شود. ساختار این دیودها مشابه دیودهای معمولی است، اما مقدار ناخالصی در نواحی N و P نسبت به دیودهای معمولی بیشتر است.
در ولتاژ شکست، جریان معکوس ایجاد می‌کنند که موجب پایداری ولتاژ در مدار می‌شود. به دلیل عرض کم ناحیه تخلیه، مقدار کمی ولتاژ معکوس کافی است تا شکست اتفاق بیفتد. مقدار این ولتاژ بسته به عرض ناحیه تخلیه و میزان ناخالصی متفاوت است.
کاربردهای دیود زنر
- انتقال ولتاژ: از این ویژگی در مدارهای مقاومتی استفاده می‌شود. با قرار دادن دیود زنر در مسیر ورودی، میزان ولتاژ ورودی به مدار را به مقدار ولتاژ شکست تنظیم می‌کنند.
- تنظیم ولتاژ: کاربرد اصلی دیود زنر تثبیت ولتاژ است. این قطعات ولتاژ را در مقدار مشخصی ثابت نگه می‌دارند، در حالی که جریان در محدوده جریان معکوس باقی می‌ماند.
- تغییر شکل موج: به دلیل ویژگی شکست معکوس، دیود زنر در مدارهای برش‌دهنده و تغییر سطح سیگنال برای اصلاح شکل موج AC به کار می‌رود. این ویژگی در رادیوها و گیرنده‌های آنالوگ نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
عملکرد دیود زنر
زمانی که ولتاژ معکوس به محل اتصال PN اعمال شود، شکست رخ داده و جریان معکوس ایجاد می‌شود. این جریان باعث افزایش سرعت الکترون‌های آزاد و حرکت آن‌ها در ناحیه پیوند می‌شود.
- در بایاس مستقیم، دیود زنر مانند یک دیود معمولی عمل کرده و جریان را عبور می‌دهد.
- در بایاس معکوس، برخلاف دیودهای معمولی که جریان را مسدود می‌کنند، دیود زنر پس از رسیدن به ولتاژ شکست، جریان را در جهت معکوس هدایت می‌کند.
نکات کاربردی درباره Zener diod
- در بایاس معکوس، عملکردی مشابه دیودهای سیلیکونی معمولی دارند و ولتاژ را تا ۰.۷ ولت کاهش می‌دهند.
- تا زمانی که جریان زنر از حد مشخصی فراتر نرود، ولتاژ خروجی ثابت باقی می‌ماند.
- این دیودها عمدتاً در ناحیه شکست کار می‌کنند و زمانی فعال می‌شوند که ولتاژ اعمالی حداقل ولتاژ زنر در بایاس معکوس باشد.
اصطلاحات مهم در مورد Zener diod
- بایاس مستقیم: عبور جریان از آند به کاتد زمانی که سر مثبت و منفی منبع تغذیه به قطب‌های متناظر در دیود متصل باشد.
- بایاس معکوس: زمانی که دیود به صورت موازی به منبع ولتاژ متصل شده و قطب‌های مثبت و منفی به طور نامتقارن متصل شوند.
- شکست بهمنی: پدیده‌ای که در اثر اعمال میدان الکتریکی معکوس، موجب افزایش سرعت حامل‌های بار و تولید جفت‌های الکترون-حفره می‌شود.
- شکست زنری: شکست موقت پیوند PN که در اثر حرکت الکترون‌های آزاد در ناحیه پیوند رخ می‌دهد و پس از حذف ولتاژ معکوس، پیوند به حالت اولیه بازمی‌گردد.
معیارهای انتخاب دیود زنر
- حداکثر جریان زنر: بیشترین جریان قابل عبور از دیود بدون آسیب به آن (تا ۲۰۰ آمپر).
- حداقل جریان: کمترین میزان جریان موردنیاز برای عملکرد دیود در ناحیه شکست (بین ۵ تا ۱۰ میلی‌آمپر).
- اتلاف توان: میزان توان تلف شده که افزایش بیش از حد آن موجب افزایش دما و آسیب به مدار می‌شود (۲۰۰ تا ۱۰۰۰ میلی‌وات).
- ولتاژ نامی یا شکست: ولتاژی که در آن دیود زنر در بایاس معکوس شروع به هدایت می‌کند (۲۰ تا ۲۴ ولت، قابل افزایش تا ۱ کیلوولت).
- جریان راه‌انداز مستقیم: مقدار جریان لازم در بایاس مستقیم برای عملکرد صحیح دیود.
جمع‌بندی: دیود زنر چیست؟
دیودهای زنر از جمله قطعات نیمه‌رسانا هستند که علاوه بر عبور جریان در بایاس مستقیم، در بایاس معکوس نیز هدایت جریان را انجام می‌دهند. عملکرد اصلی آن‌ها تثبیت ولتاژ و محافظت از مدارهای الکترونیکی در برابر نوسانات ولتاژ است.
برخلاف دیودهای معمولی که در بایاس معکوس دچار آسیب می‌شوند، دیودهای زنر در این شرایط نیز به درستی کار می‌کنند. در مدارهای الکترونیکی، این ویژگی امکان ایجاد ولتاژ پایدار را فراهم کرده و باعث افزایش کارایی و ایمنی بردهای الکترونیکی می‌شود.
برای سفارش مونتاژ برد الکترونیکی با ما در ارتباط باشید.