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

خرابی اِلکتریکی در (دیود های زِنِر)

پژوهشگر و نویسنده:  دکتر  (  افشین رشید)



نکته : این فرآیند زمانی اتفاق می افتد که مواد الکتریکی عایق شده در معرض ولتاژ بالا به هادی الکتریکی تبدیل می شوند و جریان الکتریکی از آن عبور می کند. همچنین به عنوان شکست دی الکتریک شناخته می شود.

برخلاف دیود های معمولی ، که هرگز قرار نیست در زمان یا نزدیک به خرابی کار کنند، دیود زنر برای کار در منطقه شکست طراحی شده است. خرابی زنر پدیده ای است که در دیود زنر زمانی رخ می دهد که ولتاژ بایاس معکوس اعمال شده در آن از ولتاژ زنر بیشتر شود. این شکست به دلیل میدان الکتریکی شدید در ناحیه تخلیه نازک پیوند PN به شدت دوپ شده دیود است. میدان الکتریکی به اندازه‌ای قوی است که الکترون‌ها را از مدار های اتمی خود بیرون بکشد و آنها را به حوضچه الکترون آزاد اضافه کند که منجر به افزایش قابل توجه جریان می‌ شود.زنر یا ولتاژ شکست معکوس یک پارامتر مهم دیود زنر است. در حین ساخت با کنترل سطح دوپینگ تنظیم می شود. معمولاً برای دیود های تجاری موجود بین 2.4 تا حدود 200 ولت متغیر است. هنگامی که خرابی رخ می دهد، ولتاژ در سراسر دیود بدون توجه به تغییر جریان تقریباً ثابت می ماند. این ویژگی مبنایی برای استفاده از دیود های زنر در کاربرد های تنظیم ولتاژ است.



دیود زنر به گونه ای طراحی شده است که ولتاژ شکست خاصی داشته باشد به طوری که وقتی کاتد به ولتاژ آستانه خود رسید جریان معکوس را هدایت می کند. ولتاژ شکست می تواند از 2.4 ولت تا 1 کیلو ولت باشد.نمونه‌ های کاربردی که از دیود های زنر استفاده می‌ کنند، تلفن‌ های هوشمندی هستند که حاوی ولتاژ، دستگاه‌ های مرجع ولتاژ مانند مولتی‌مترهای دیجیتال و نوارهای برق هستند که سرکوب‌ کننده‌ های ولتاژ هستند. برد های مدار الکترونیکی حاوی دیود های زنر هستند و برای جابجایی ولتاژ، یک برش دهنده شکل موج و سوئیچ کردن سیگنال ها در دستگاه های مختلف شامل فناوری بلوتوث، تلویزیون ها، فرستنده هایی که امواج رادیویی تولید می کنند و غیره استفاده می شوند.



عملکرد اساسی یک دیود زنر به یک اصل معروف به اثر زنر بستگی دارد که نوعی شکست الکتریکی است. اثر زنر در دیودهای به شدت دوپ شده با یک لایه تخلیه نازک رخ می دهد. هنگامی که یک ولتاژ معکوس به دیود اعمال می شود و افزایش می یابد، به نقطه ای می رسد که میدان الکتریکی تونل زدن الکترون ها را از باند ظرفیت به نوار رسانایی امکان پذیر می کند و منجر به افزایش ناگهانی جریان الکتریکی می شود. این نقطه ولتاژ به عنوان ولتاژ زنر یا ولتاژ شکست زنر شناخته می شود.دیود زنر طوری طراحی شده است که دارای ولتاژ شکست کاهش یافته است، به این معنی که می تواند با خیال راحت در منطقه شکست معکوس کار کند. هنگامی که ولتاژ معکوس اعمال شده به ولتاژ زنر می رسد، دیود اجازه می دهد تا جریان قابل توجهی جریان یابد. با این حال، حتی با افزایش جریان، ولتاژ در سراسر دیود در ولتاژ زنر ثابت می ماند و آن را به یک تنظیم کننده ولتاژ عالی تبدیل می کند.



امپدانس زنر مقاومت سری معادل دیود زنر هنگام رسانش جریان است. در حالت ایده آل، باید صفر باشد، اما مقداری امپدانس دارد. بنابراین، یک دیود زنر تنها در یک محدوده جریان محدود عمل می کند.امپدانس زنر مقاومت سری معادل دیود زنر هنگام رسانش جریان است. در حالت ایده آل، باید صفر باشد، اما مقداری امپدانس دارد. بنابراین، یک دیود زنر تنها در یک محدوده جریان محدود عمل می کند.امپدانس زنر مقاومت سری معادل دیود زنر هنگام رسانش جریان است. در حالت ایده آل، باید صفر باشد، اما مقداری امپدانس دارد. بنابراین، یک دیود زنر تنها در یک محدوده جریان محدود عمل می کند. امپدانس زنر مقاومت سری معادل دیود زنر هنگام رسانش جریان است. در حالت ایده آل، باید صفر باشد، اما مقداری امپدانس دارد. بنابراین، یک دیود زنر تنها در یک محدوده جریان محدود عمل می کند.مهم است که توجه داشته باشید که دیود زنر همچنین می تواند مانند یک دیود معمولی در بایاس رو به جلو عمل کند. در این حالت، دیود به جریان اجازه می دهد تا زمانی که ولتاژ پیشروی از افت ولتاژ پیشروی بیشتر شود، جریان یابد. با این حال، ویژگی منحصر به فرد دیود زنر توانایی آن برای هدایت در بایاس معکوس زمانی است که ولتاژ اعمال شده به ولتاژ زنر برسد، حتی اگر یک جریان نشتی کوچک از دیود عبور کند.

پژوهشگر و نویسنده:  دکتر  (  افشین رشید)

دکترایِ  تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک