_ بخش دیود زِنِر (zener diode)  _ امنیت در مدار الکترونیکی

بررسی و تحلیل عملکرد (دیود های زِنِر) پس از رسیدن به آستانه ولتاژ خاص

پژوهشگر و نویسنده:  دکتر  (  افشین رشید)



نکته : دیود های زِنِر اِلمان های نیمه هادی مبتنی بر سیلیکون هستند که اجازه می‌ دهند جریان به صورت دو طرفه جریان یابد - معکوس یا رو به جلو. دیود های زِنِر از یک اتصال سیلیکونی PN به شدت دوپ شده تشکیل شده‌ اند که پس از رسیدن به آستانه ولتاژ خاص، در جهت معکوس هدایت می‌ شوند.

دیود های زنر دارای ولتاژ شکست معکوس تنظیم شده هستند. هنگامی که به این امر رسید، آنها شروع به هدایت جریان می کنند و بدون وقفه به کار خود در جهت بایاس معکوس ادامه می دهند بدون اینکه آسیبی متحمل شوند. یکی از مزایای اصلی دیود های زنر این است که طیف متفاوتی از ولتاژها همچنان یک افت ولتاژ ثابت را در سراسر دیود حفظ می کنند. در نتیجه، دیودهای زنر می توانند برای برنامه های تنظیم ولتاژ استفاده شوند.


دیود های زنر مانند دیودهای معمولی در حالت بایاس رو به جلو عمل می کنند. آنها دارای ولتاژ روشن شدن بایاس بین 0.3 تا 0.7 ولت هستند. هنگام اتصال در حالت معکوس، جریان نشتی کوچکی در اکثر برنامه ها وجود دارد. با افزایش ولتاژ معکوس به ولتاژ شکست تنظیم شده، جریانی از دیود عبور می کند. هنگامی که جریان به حداکثر افزایش می یابد (که توسط مقاومت های سری تعیین می شود)، پس از آن تثبیت می شود و در محدوده وسیعی از ولتاژ اعمال شده ثابت می ماند.صرف نظر از مقدار جریانی که از دیود عبور می کند، ولتاژ تقریباً ثابت می ماند. این مورد در مورد تغییرات زیاد جریان نیز صادق است، به شرطی که جریان دیود بین حداکثر جریان و جریان شکست باقی بماند.خود کنترلی قوی دیود زنر برای تنظیم و تثبیت تغییرات بار یا منبع تغذیه در برابر منبع ولتاژ بسیار مفید است. این آن را به یک ویژگی کلیدی تبدیل می کند زیرا دیود را قادر می سازد در انواع برنامه های تنظیم کننده ولتاژ استفاده شود.



استفاده از دیود زنر برای ایجاد یک ولتاژ خروجی با ریپل کم تثبیت شده تحت شرایط جریان بار متغیر امکان پذیر است. هنگامی که از یک مقاومت محدود کننده جریان مناسب برای عبور جریان جزئی از منبع ولتاژ از طریق دیود استفاده می شود، جریان کافی برای حفظ افت ولتاژ مورد نیاز انجام می شود. با تغییر مقدار بار، میانگین ولتاژ خروجی نیز تغییر می کند. با این حال، افزودن یک دیود زنر می تواند یک ولتاژ خروجی یکنواخت ایجاد کند.با توجه به آنچه گفته شد، همچنین باید توجه داشت که دیودهای زنر ممکن است گاهی اوقات نویز الکتریکی در منبع DC ایجاد کنند، زیرا برای ثابت کردن ولتاژ کار می کنند. این در اکثر کاربردها خوب است، اما افزودن یک خازن جداکننده با ارزش بالا به خروجی دیود می‌تواند با ایجاد صافی بیشتر مشکل را برطرف کند.از آنجایی که دیودهای زنر می توانند در شرایط بایاس معکوس کار کنند، می توان از آنها در مدارهای تنظیم کننده ولتاژ برای حفظ خروجی ولتاژ DC ثابت استفاده کرد. این ولتاژ ثابت را می توان با وجود هر گونه تغییر در ولتاژ ورودی یا تغییرات جریان بار حفظ کرد.این مدار تنظیم کننده ولتاژ شامل یک مقاومت محدود کننده جریان است که به صورت سری به ولتاژ ورودی متصل می شود. سپس دیود و بار باید به صورت موازی به هم متصل شوند. خروجی ولتاژ تثبیت شده و ولتاژ شکست دیود همیشه یکسان خواهد بود.

اتصال چند دیود زنر به صورت سری امکان پذیر است و این معمولاً برای دستیابی به ولتاژ زنر خاص انجام می شود. با این حال، اگر از چندین دیود استفاده می کنید، باید جریان زنر را نیز کنترل کنید و مطمئن شوید که از حداکثر تجاوز نمی کند. این به این دلیل است که حداکثر جریان مجاز زنر برابر با کمترین دیود متصل در سری می شود. این همچنین به این معنی است که در سناریویی که دو دیود زنر به صورت سری به هم متصل هستند، اگر دیود ها دارای مشخصات جریان زنر نباشند، یکی جریان یا ولتاژ زنر اعلام شده را نشان نخواهد داد.

پژوهشگر و نویسنده:  دکتر  (  افشین رشید)

دکترایِ  تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک