الثنائيات زينر هي ثنائيات تقاطع PN عادية تعمل في حالة منحازة عكسية. يشبه عمل الصمام الثنائي Zener الصمام الثنائي الوصلة PN في حالة منحازة لإعادة التوجيه ، لكن التفرد يكمن في حقيقة أنه يمكن أن يحدث أيضًا عندما يكون متصلاً بتحيز عكسي أعلى من عتبة / جهد الانهيار. هؤلاء هم من بين الأنواع الأساسية من الثنائيات تستخدم بشكل متكرر ، بصرف النظر عن الثنائيات العادية.
زينر ديود يعمل
الصمام الثنائي أشباه الموصلات في حالة التحيز العكسي
إذا استطعت أن تتذكر ، فإن صمام ثنائي تقاطع PN بسيط يتكون من مزيج من مادة شبه موصلة من النوع p مع مادة شبه موصلة من النوع n. عندما يتم تخدير جانب واحد من بلورة أشباه الموصلات بشوائب مانحة والجانب الآخر به شوائب متقبلة ، يتم تشكيل تقاطع PN.
الصمام الثنائي غير المتحيز لأشباه الموصلات
في الظروف العادية ، تميل الثقوب من الجانب p إلى الانتشار إلى منطقة تركيز منخفض ويحدث نفس الشيء للإلكترونات من الجانب n.
وهكذا تنتشر الثقوب إلى الجانب n وتنتشر الإلكترونات إلى الجانب p. ينتج عن هذا تراكم الشحنات حول التقاطع ، مما يؤدي إلى تكوين منطقة استنفاد.
الصمام الثنائي غير المتحيز لأشباه الموصلات
يتم تكوين قطبية كهربائية أو ثنائي القطب كهربائي عبر التقاطع ، مما يتسبب في تدفق التدفق من الجانب العلوي n من الجانب. ينتج عن هذا تغيير شدة المجال الكهربائي السلبية ، مما يؤدي إلى توليد جهد كهربائي عبر التقاطع. هذا الجهد الكهربائي هو في الواقع جهد عتبة الصمام الثنائي وهو حوالي 0.6 فولت للسيليكون و 0.2 فولت للجرمانيوم. يعمل هذا كحاجز محتمل لتدفق ناقلات الشحنة الأغلبية ولا يعمل الجهاز.
الآن عندما يكون الصمام الثنائي العادي متحيزًا بحيث يتم تطبيق جهد سلبي على الجانب n والجهد الإيجابي على الجانب p ، يُقال أن الصمام الثنائي في حالة انحياز أمامي. يميل هذا الجهد المطبق إلى تقليل الحاجز المحتمل بعد أن يتجاوز جهد العتبة.
عند هذه النقطة وبعدها ، تعبر ناقلات الأغلبية الحاجز المحتمل ويبدأ الجهاز في إجراء تدفق التيار خلاله.
عندما يكون الصمام الثنائي متحيزًا في حالة عكسية إلى ما سبق ، يكون الجهد المطبق على هذا النحو بحيث يضيف إلى الحاجز المحتمل ويعيق تدفق غالبية ناقلات. ومع ذلك ، فإنه يسمح بتدفق ناقلات الأقليات (الثقوب في النوع n والإلكترونات في النوع p). مع زيادة جهد التحيز العكسي هذا ، يميل التيار العكسي إلى الزيادة تدريجياً.
عند نقطة معينة ، يكون هذا الجهد من النوع الذي يتسبب في انهيار منطقة النضوب ، مما يتسبب في زيادة هائلة في تدفق التيار. هذا هو المكان الذي يلعب فيه عمل Zener diode.
المبدأ الكامن وراء عمل زينر ديود
كما هو مذكور أعلاه ، فإن المبدأ الأساسي وراء عمل الصمام الثنائي Zener يكمن في سبب انهيار الصمام الثنائي في حالة منحازة عكسية. عادةً ما يكون هناك نوعان من الانهيار - Zener و Avalanche.
المبدأ وراء عمل زينر ديود
انهيار زينر
يحدث هذا النوع من الانهيار لجهد انحياز عكسي بين 2 إلى 8 فولت. حتى في هذا الجهد المنخفض ، تكون شدة المجال الكهربائي قوية بما يكفي لممارسة قوة على إلكترونات التكافؤ في الذرة بحيث يتم فصلها عن النواة. ينتج عن هذا تكوين أزواج ثقوب إلكترونية متحركة ، مما يزيد من تدفق التيار عبر الجهاز. تبلغ القيمة التقريبية لهذا الحقل حوالي 2 * 10 ^ 7 فولت / م.
يحدث هذا النوع من الانهيار بشكل طبيعي في الصمام الثنائي المشبع بشدة بجهد انهيار منخفض ومجال كهربائي أكبر. مع زيادة درجة الحرارة ، تكتسب إلكترونات التكافؤ المزيد من الطاقة لتعطيلها من الرابطة التساهمية ويحتاج مقدار أقل من الجهد الخارجي. وبالتالي يتناقص جهد انهيار زينر مع درجة الحرارة.
انهيار الانهيار الجليدي
يحدث هذا النوع من الانهيار عند جهد التحيز العكسي أعلى من 8 فولت وأعلى. يحدث ذلك مع الثنائيات المشبعة قليلاً بجهد انهيار كبير. عندما تتدفق ناقلات الشحنة الأقلية (الإلكترونات) عبر الجهاز ، فإنها تميل إلى الاصطدام بالإلكترونات الموجودة في الرابطة التساهمية وتتسبب في اضطراب الرابطة التساهمية. مع زيادة الجهد ، تزداد الطاقة الحركية (السرعة) للإلكترونات أيضًا ويتم تعطيل الروابط التساهمية بسهولة ، مما يتسبب في زيادة أزواج الثقوب الإلكترونية. يزداد جهد انهيار الانهيار الجليدي مع زيادة درجة الحرارة.
3 تطبيقات زينر ديود
1. زينر ديود كجهد كهربائي
في دائرة التيار المستمر ، يمكن استخدام الصمام الثنائي Zener كمنظم للجهد أو لتوفير مرجع للجهد. يكمن الاستخدام الرئيسي للديود Zener في حقيقة أن الجهد عبر الصمام الثنائي Zener يظل ثابتًا لتغيير أكبر في التيار. هذا يجعل من الممكن استخدام الصمام الثنائي Zener كجهاز جهد ثابت أو منظم جهد.
في أي دائرة إمداد الطاقة ، يتم استخدام المنظم لتوفير جهد إخراج (حمل) ثابت بغض النظر عن التباين في جهد الدخل أو التباين في تيار الحمل. يسمى التباين في جهد الدخل بتنظيم الخط ، بينما يسمى التباين في تيار الحمل بتنظيم الحمل.
زينر ديود كمنظم للجهد
تتطلب الدائرة البسيطة التي تتضمن Zener diode كمنظم مقاومة ذات قيمة منخفضة متصلة في سلسلة بمصدر جهد الدخل. القيمة المنخفضة مطلوبة للسماح بأقصى تدفق للتيار عبر الصمام الثنائي ، المتصل بالتوازي. ومع ذلك ، فإن القيد الوحيد هو أن التيار من خلال الصمام الثنائي Zener يجب ألا يكون أقل من الحد الأدنى لتيار الصمام الثنائي Zener. ببساطة ، من أجل الحد الأدنى من جهد الدخل والحد الأقصى للحمل الحالي ، يجب أن يكون تيار الصمام الثنائي Zener دائمًا هو Izmin.
أثناء تصميم منظم الجهد باستخدام الصمام الثنائي Zener ، يتم اختيار الأخير فيما يتعلق بأقصى تقدير للطاقة. بمعنى آخر ، يجب أن يكون الحد الأقصى للتيار عبر الجهاز: -
أناالأعلى= الطاقة / زينر الجهد
نظرًا لأن جهد الدخل والجهد الناتج المطلوب معروفان ، فمن الأسهل اختيار الصمام الثنائي Zener بجهد يساوي تقريبًا جهد الحمل ، أي Vz ~ = Vأو.
يتم اختيار قيمة المقاوم التسلسلي ليكون
R = (Vفي- الخامسمع)/(أناzmin+ أناإل)، حيث أناإل= جهد الحمل / مقاومة الحمل.
لاحظ أنه لجهود تحميل تصل إلى 8 فولت ، يمكن استخدام صمام زينر واحد. ومع ذلك ، بالنسبة لجهود التحميل التي تتجاوز 8 فولت ، والتي تتطلب جهدًا عاليًا من Zener ، فمن المستحسن استخدام الصمام الثنائي المنحاز للأمام في السلسلة مع الصمام الثنائي Zener. وذلك لأن الصمام الثنائي Zener عند الجهد العالي يتبع مبدأ انهيار الانهيار الجليدي ، مع وجود درجة حرارة موجبة للمعامل.
ومن ثم يتم استخدام الصمام الثنائي ذو معامل درجة الحرارة السالب للتعويض. بالطبع ، في هذه الأيام ، يتم استخدام ثنائيات Zener المعادلة درجة الحرارة.
2. زينر ديود كمرجع جهد
الصمام الثنائي زينر كمرجع للجهد
في مزودات الطاقة والعديد من الدوائر الأخرى ، يجد الصمام الثنائي Zener تطبيقه كمزود جهد ثابت أو مرجع جهد. الشروط الوحيدة هي أن جهد الدخل يجب أن يكون أكبر من جهد زينر ويجب أن يكون للمقاوم المتسلسل قيمة دنيا بحيث يتدفق التيار الأقصى عبر الجهاز.
3. زينر دايود كمدخل جهد
في دارة تشتمل على مصدر إدخال تيار متردد ، يختلف عن العادي دائرة لقط الصمام الثنائي PN ، يمكن أيضًا استخدام الصمام الثنائي Zener. يمكن استخدام الصمام الثنائي للحد من ذروة جهد الخرج إلى جهد زينر في جانب واحد وإلى حوالي 0 فولت في جانب آخر من شكل الموجة الجيبية.
زينر دايود كجهد جهد
في الدائرة أعلاه ، خلال نصف دورة موجبة ، بمجرد أن يكون جهد الدخل على هذا النحو بحيث يكون الصمام الثنائي زينر متحيزًا عكسيًا ، يكون جهد الخرج ثابتًا لفترة معينة من الوقت حتى يبدأ الجهد في التناقص.
الآن خلال الدورة النصفية السلبية ، يعمل الصمام الثنائي Zener في إعادة توجيه الاتصال المتحيز. عندما يزداد الجهد السالب إلى جهد عتبة التوجيه ، يبدأ الصمام الثنائي في التوصيل ويقتصر الجانب السلبي لجهد الخرج على جهد العتبة.
لاحظ أنه للحصول على جهد خرج في النطاق الموجب فقط ، استخدم ثنائيات Zener المنحازة بشكل معاكس في السلسلة.
تطبيقات عمل زينر ديود
مع تزايد شعبية الهواتف الذكية ، مشاريع أندرويد يتم تفضيلها هذه الأيام. تتضمن هذه المشاريع استخدام بلوتوث الأجهزة القائمة على التكنولوجيا. تتطلب أجهزة Bluetooth هذه حوالي 3 فولت للتشغيل. في مثل هذه الحالات ، يتم استخدام الصمام الثنائي Zener لتوفير مرجع 3V لجهاز Bluetooth.
تطبيق عمل زينر دايود يتضمن جهاز بلوتوث
تطبيق آخر يتضمن استخدام Zener diode كمنظم للجهد. هنا يتم تصحيح جهد التيار المتردد بواسطة الصمام الثنائي D1 وتصفيته بواسطة المكثف. يتم تنظيم جهد التيار المستمر المرشح بواسطة الصمام الثنائي لتوفير جهد مرجعي ثابت يبلغ 15 فولت. يتم استخدام جهد التيار المستمر المنظم لقيادة دائرة التحكم ، المستخدمة للتحكم في تبديل الضوء ، كما هو الحال في نظام التحكم الآلي في الإضاءة.
تطبيق تنظيم الجهد زينر ديود
نأمل أن نكون قادرين على تقديم معلومات دقيقة ولكنها أساسية حول عمل الصمام الثنائي Zener وتطبيقاته. إليك سؤال بسيط للقراء - لماذا تفضل الدوائر المتكاملة المنظم في الغالب على الصمام الثنائي Zener في مصدر طاقة التيار المستمر المنظم؟
قدم إجاباتك وبالطبع ملاحظاتك في قسم التعليقات أدناه.
اعتمادات الصورة
- الصمام الثنائي زينر يعمل بها التعلم عن الإلكترونيات
- غير متحيز الصمام الثنائي أشباه الموصلات ويكيميديا
- المبدأ وراء عمل زينر ديود ماذا ومتى وكيف
