ไดโอดซีเนอร์เป็นไดโอดทางแยก PN ปกติที่ทำงานในสภาพที่มีอคติย้อนกลับ การทำงานของซีเนอร์ไดโอดนั้นคล้ายกับไดโอดทางแยก PN ในการส่งต่อสภาวะที่มีอคติ แต่ความเป็นเอกลักษณ์อยู่ที่ว่ามันสามารถดำเนินการได้เมื่อเชื่อมต่อแบบไบแอสย้อนกลับที่สูงกว่าเกณฑ์ / แรงดันพัง เหล่านี้เป็นหนึ่งใน ประเภทพื้นฐานของไดโอด ใช้บ่อยนอกเหนือจากไดโอดปกติ
ซีเนอร์ไดโอดทำงาน
ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ในสภาพอคติย้อนกลับ
หากคุณจำได้ไดโอดทางแยก PN แบบธรรมดาเกิดจากการรวมกันของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p กับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n เมื่อด้านหนึ่งของคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์ถูกเจือด้วยสิ่งสกปรกของผู้บริจาคและอีกด้านหนึ่งมีสิ่งเจือปนตัวรับจะเกิดการเชื่อมต่อ PN
ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่เป็นกลาง
ในสภาวะปกติรูจากด้าน p มักจะกระจายไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำและสิ่งเดียวกันนี้ก็เกิดขึ้นกับอิเล็กตรอนจากด้าน n
ดังนั้นรูจึงกระจายไปทางด้าน n และอิเล็กตรอนจะกระจายไปทางด้าน p สิ่งนี้ส่งผลให้เกิดการสะสมของประจุรอบ ๆ ทางแยกซึ่งก่อให้เกิดพื้นที่พร่อง
ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่เป็นกลาง
ขั้วไฟฟ้าหรือไดโพลไฟฟ้าเกิดขึ้นบนทางแยกทำให้เกิดการไหลของฟลักซ์จากด้านบนด้านข้าง n สิ่งนี้ส่งผลให้ความเข้มสนามไฟฟ้าเชิงลบที่แตกต่างกันทำให้เกิดศักย์ไฟฟ้าข้ามทางแยก ศักย์ไฟฟ้านี้เป็นแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ของไดโอดและอยู่ที่ประมาณ 0.6V สำหรับซิลิกอนและ 0.2V สำหรับเจอร์เมเนียม สิ่งนี้ทำหน้าที่เป็นอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นสำหรับการไหลของผู้ให้บริการชาร์จส่วนใหญ่และอุปกรณ์ไม่ทำงาน
ตอนนี้เมื่อไดโอดธรรมดามีความเอนเอียงเช่นแรงดันลบถูกนำไปใช้กับด้าน n และแรงดันไฟฟ้าบวกที่ด้าน p ไดโอดจะถูกกล่าวว่าอยู่ในสภาพการให้น้ำหนักไปข้างหน้า แรงดันไฟฟ้าที่ใช้นี้มีแนวโน้มที่จะลดอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นหลังจากที่แรงดันไฟฟ้าเกินเกณฑ์
เมื่อถึงจุดนี้และหลังจากนั้นผู้ให้บริการส่วนใหญ่จะข้ามอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นและอุปกรณ์จะเริ่มดำเนินการโดยมีกระแสไหลผ่าน
เมื่อไดโอดมีความเอนเอียงในสภาพย้อนกลับไปด้านบนแรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะทำให้เกิดอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นและขัดขวางการไหลของพาหะส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตามมันอนุญาตให้มีการไหลของพาหะของชนกลุ่มน้อย (รูในชนิด n และอิเล็กตรอนในชนิด p) เมื่อแรงดันไบอัสย้อนกลับนี้เพิ่มขึ้นกระแสย้อนกลับจึงมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ
เมื่อถึงจุดหนึ่งแรงดันไฟฟ้านี้จะทำให้เกิดการแตกตัวของพื้นที่พร่องทำให้การไหลของกระแสเพิ่มขึ้นอย่างมาก นี่คือจุดที่การทำงานของซีเนอร์ไดโอดเข้ามามีบทบาท
หลักการเบื้องหลังการทำงานของซีเนอร์ไดโอด
ตามที่ระบุไว้ข้างต้นหลักการพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังการทำงานของซีเนอร์ไดโอดนั้นอยู่ในสาเหตุของการพังทลายของไดโอดในสภาพที่มีอคติย้อนกลับ โดยปกติจะมีการแยกย่อยสองประเภทคือ Zener และ Avalanche
หลักการทำงานของซีเนอร์ไดโอด
รายละเอียด Zener
การสลายประเภทนี้เกิดขึ้นสำหรับแรงดันไบอัสย้อนกลับระหว่าง 2 ถึง 8V แม้จะอยู่ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำความเข้มของสนามไฟฟ้าก็แรงพอที่จะออกแรงบีบเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมจนแยกออกจากนิวเคลียส ส่งผลให้เกิดการสร้างคู่อิเล็กตรอนแบบเคลื่อนที่ซึ่งเพิ่มการไหลของกระแสไฟฟ้าในอุปกรณ์ ค่าโดยประมาณของฟิลด์นี้คือประมาณ 2 * 10 ^ 7 V / m
การสลายประเภทนี้เกิดขึ้นตามปกติสำหรับไดโอดที่มีการเจือสูงซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าต่ำและสนามไฟฟ้าขนาดใหญ่ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเวเลนซ์อิเล็กตรอนจะได้รับพลังงานมากขึ้นเพื่อขัดขวางจากพันธะโควาเลนต์และต้องใช้แรงดันไฟฟ้าภายนอกน้อยลง ดังนั้นแรงดันการสลายของ Zener จะลดลงตามอุณหภูมิ
รายละเอียดของหิมะถล่ม
การสลายประเภทนี้เกิดขึ้นที่แรงดันไบอัสย้อนกลับที่สูงกว่า 8V ขึ้นไป มันเกิดขึ้นสำหรับไดโอดที่เจือเล็กน้อยที่มีแรงดันไฟฟ้าพังทลายมาก เนื่องจากผู้ให้บริการประจุไฟฟ้าส่วนน้อย (อิเล็กตรอน) ไหลผ่านอุปกรณ์พวกมันมักจะชนกับอิเล็กตรอนในพันธะโคเวเลนต์และทำให้พันธะโคเวเลนต์หยุดชะงัก เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นพลังงานจลน์ (ความเร็ว) ของอิเล็กตรอนก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกันและพันธะโควาเลนต์จะหยุดชะงักได้ง่ายขึ้นทำให้คู่อิเล็กตรอน - โฮลเพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าพังทลายของหิมะถล่มจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ
แอพพลิเคชั่น 3 Zener diode
1. ซีเนอร์ไดโอดเป็นแรงดันไฟฟ้า
ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงสามารถใช้ซีเนอร์ไดโอดเป็นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าหรือเพื่ออ้างอิงแรงดันไฟฟ้า การใช้ซีเนอร์ไดโอดเป็นหลักอยู่ที่ว่าแรงดันไฟฟ้าของซีเนอร์ไดโอดยังคงคงที่เพื่อให้กระแสไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงมากขึ้น สิ่งนี้ทำให้สามารถใช้ซีเนอร์ไดโอดเป็นอุปกรณ์แรงดันไฟฟ้าคงที่หรือตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า
ใน วงจรจ่ายไฟ ตัวควบคุมใช้เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าขาออก (โหลด) คงที่โดยไม่คำนึงถึงความแปรผันของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าหรือการเปลี่ยนแปลงของกระแสโหลด การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเรียกว่าการควบคุมสายในขณะที่การเปลี่ยนแปลงในกระแสโหลดเรียกว่าการควบคุมโหลด
ซีเนอร์ไดโอดเป็นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า
วงจรอย่างง่ายที่เกี่ยวข้องกับซีเนอร์ไดโอดเป็นตัวควบคุมต้องการตัวต้านทานที่มีค่าต่ำที่เชื่อมต่อเป็นอนุกรมกับแหล่งแรงดันไฟฟ้าอินพุต จำเป็นต้องมีค่าต่ำเพื่อให้กระแสสูงสุดไหลผ่านไดโอดเชื่อมต่อแบบขนาน อย่างไรก็ตามข้อ จำกัด เพียงอย่างเดียวคือกระแสผ่านซีเนอร์ไดโอดไม่ควรน้อยกว่ากระแสไดโอดซีเนอร์ขั้นต่ำ พูดง่ายๆว่าสำหรับแรงดันไฟฟ้าอินพุตต่ำสุดและกระแสโหลดสูงสุดกระแสซีเนอร์ไดโอดควรเป็น I เสมอzmin.
ในขณะที่ออกแบบตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าโดยใช้ซีเนอร์ไดโอดตัวหลังจะถูกเลือกโดยคำนึงถึงระดับพลังงานสูงสุด กล่าวอีกนัยหนึ่งกระแสไฟฟ้าสูงสุดผ่านอุปกรณ์ควรเป็น: -
ผมสูงสุด= แรงดันไฟฟ้า / ซีเนอร์
เนื่องจากทราบแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ต้องการจึงง่ายกว่าที่จะเลือกซีเนอร์ไดโอดที่มีแรงดันไฟฟ้าเท่ากับแรงดันโหลดเช่น Vz ~ = Vหรือ.
ค่าของตัวต้านทานแบบอนุกรมถูกเลือกให้เป็น
R = (Vใน- Vด้วย)/(ผมzmin+ ฉันล) โดยที่ฉันล= โหลดแรงดันไฟฟ้า / ความต้านทานโหลด
โปรดทราบว่าสำหรับแรงดันไฟฟ้าสูงสุด 8V สามารถใช้ซีเนอร์ไดโอดเดี่ยวได้ อย่างไรก็ตามสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่เกินกว่า 8V ซึ่งต้องการแรงดันไฟฟ้าของซีเนอร์ที่มีค่าแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าขอแนะนำให้ใช้ไดโอดแบบฟอร์เวิร์ดไบแอสร่วมกับซีเนอร์ไดโอด เนื่องจากซีเนอร์ไดโอดที่แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้นเป็นไปตามหลักการสลายหิมะถล่มโดยมีอุณหภูมิเป็นบวกของค่าสัมประสิทธิ์
ดังนั้นจึงใช้ไดโอดสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบเพื่อชดเชย แน่นอนทุกวันนี้ใช้ไดโอดซีเนอร์แบบชดเชยอุณหภูมิที่ใช้งานได้จริง
2. ซีเนอร์ไดโอดเป็นตัวอ้างอิงแรงดันไฟฟ้า
ซีเนอร์ไดโอดเป็นตัวอ้างอิงแรงดันไฟฟ้า
ในอุปกรณ์จ่ายไฟและวงจรอื่น ๆ ซีเนอร์ไดโอดพบว่าแอปพลิเคชันเป็นตัวให้แรงดันไฟฟ้าคงที่หรืออ้างอิงแรงดันไฟฟ้า เงื่อนไขเดียวคือแรงดันไฟฟ้าขาเข้าควรมากกว่าแรงดันซีเนอร์และตัวต้านทานแบบอนุกรมควรมีค่าต่ำสุดเพื่อให้กระแสสูงสุดไหลผ่านอุปกรณ์
3. ซีเนอร์ไดโอดเป็นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า
ในวงจรที่เกี่ยวข้องกับแหล่งอินพุต AC แตกต่างจากปกติ วงจรหนีบไดโอด PN นอกจากนี้ยังสามารถใช้ซีเนอร์ไดโอด ไดโอดสามารถใช้เพื่อ จำกัด จุดสูงสุดของแรงดันไฟฟ้าขาออกไปที่แรงดันไฟฟ้าของซีเนอร์ที่ด้านหนึ่งและเหลือประมาณ 0V ที่อีกด้านหนึ่งของรูปคลื่นไซน์
ซีเนอร์ไดโอดเป็นตัวหนีบแรงดันไฟฟ้า
ในวงจรข้างต้นในช่วงครึ่งรอบบวกเมื่อแรงดันไฟฟ้าเข้าเป็นเช่นที่ไดโอดซีเนอร์มีความเอนเอียงแบบย้อนกลับแรงดันขาออกจะคงที่เป็นระยะเวลาหนึ่งจนกระทั่งแรงดันไฟฟ้าเริ่มลดลง
ขณะนี้ในช่วงครึ่งรอบเชิงลบซีเนอร์ไดโอดกำลังส่งต่อการเชื่อมต่อแบบลำเอียง เมื่อแรงดันไฟฟ้าลบเพิ่มขึ้นเป็นแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์การส่งต่อไดโอดจะเริ่มดำเนินการและด้านลบของแรงดันขาออกจะถูก จำกัด ไว้ที่แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์
โปรดทราบว่าในการรับแรงดันเอาต์พุตในช่วงบวกเท่านั้นให้ใช้ไดโอดซีเนอร์แบบลำเอียงตรงข้ามกันสองชุดในอนุกรม
แอปพลิเคชั่นการทำงานของ Zener Diode
ด้วยความนิยมที่เพิ่มขึ้นของสมาร์ทโฟน โครงการที่ใช้ Android กำลังเป็นที่ต้องการในปัจจุบัน โครงการเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการใช้ บลูทู ธ อุปกรณ์ที่ใช้เทคโนโลยี อุปกรณ์บลูทู ธ เหล่านี้ต้องการแรงดันไฟฟ้าประมาณ 3V สำหรับการทำงาน ในกรณีเช่นนี้จะใช้ซีเนอร์ไดโอดเพื่ออ้างอิงถึง 3V กับอุปกรณ์บลูทู ธ
แอปพลิเคชันการทำงานของซีเนอร์ไดโอดที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์บลูทู ธ
แอปพลิเคชั่นอื่นเกี่ยวข้องกับการใช้ซีเนอร์ไดโอดเป็นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า ที่นี่แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับถูกแก้ไขโดยไดโอด D1 และกรองโดยตัวเก็บประจุ แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่กรองแล้วนี้ถูกควบคุมโดยไดโอดเพื่อให้แรงดันอ้างอิงคงที่ 15V แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่มีการควบคุมนี้ใช้เพื่อขับเคลื่อนวงจรควบคุมซึ่งใช้ในการควบคุมการเปลี่ยนแสงเช่นเดียวกับใน ระบบควบคุมแสงสว่างอัตโนมัติ
แอปพลิเคชั่นควบคุมแรงดันไฟฟ้าของซีเนอร์ไดโอด
เราหวังว่าเราจะสามารถให้ข้อมูลที่แม่นยำ แต่จำเป็นเกี่ยวกับการทำงานของซีเนอร์ไดโอดและการใช้งาน นี่คือคำถามง่ายๆสำหรับผู้อ่าน - เหตุใด IC ควบคุมจึงนิยมใช้กับซีเนอร์ไดโอดในแหล่งจ่ายไฟ DC ที่มีการควบคุมเป็นส่วนใหญ่
ให้คำตอบและข้อเสนอแนะของคุณในส่วนความคิดเห็นด้านล่าง
เครดิตภาพ
- ซีเนอร์ไดโอดทำงานโดย การเรียนรู้อิเล็กทรอนิกส์
- ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่เป็นกลางโดย วิกิมีเดีย
- หลักการเบื้องหลังซีเนอร์ไดโอดทำงานโดย ทำอะไรเมื่อไร
