Das Wort Bias ist das ultimative soziale zweischneidige Schwert. Wenn Sie die richtigen Dinge sagen oder in eine bestimmte Richtung schauen oder Ihre sportlichen Gaben beeindruckend genug sind, werden die Menschen eine (vorwärts-) positive Tendenz zu Ihnen fördern. Wenn Sie jedoch innerhalb der zuvor genannten Parameter in irgendeiner Weise ins Stocken geraten, entwickeln die Menschen eine (umgekehrte) oder ungünstige Tendenz zu Ihnen.
Je nachdem, welchen der besprochenen Parameter Sie erreicht haben, könnte Ihre sprichwörtliche Karriere, Ihr Lebensstil oder Ihr Leben, wie Sie es kennen, vorbei sein, wenn Menschen eine ungünstige Tendenz zu Ihnen entwickeln. Dies ist im Grunde, wie eine Diode mit Spannung interagiert. In einer Standarddiode wissen wir alle, dass Strom typischerweise in eine Richtung fließt. Sobald diese Spannung die akzeptablen Parameter einer Standarddiode überschreitet, entspricht dies einem irreparablen Schaden.
Dies ist jedoch bei einer Zenerdiode nicht der Fall, da die Zenerdiode bei Erreichen der Sperrspannung einen voreingestellten Wert in Sperrrichtung zu leiten beginnt. Nun, wenn es nur eine Zenerdioden-App gäbe, die einige dieser Prominenten und Sportler vor sich selbst retten könnte.
Was ist eine Zenerdiode?
Innerhalb der Parameter des Standardbetriebs blockiert eine Allzweckdiode den Rückfluss des Stroms und erliegt normalerweise einem vorzeitigen Ausfall oder einer Beschädigung, wenn die angelegte Sperrspannung ihre Grenzen überschreitet.
Obgleich, wie vorher besprochen, die Zenerdiode im Wesentlichen die selbe wie eine Standard-PN-Übergangsdiode ist, sind sie besonders entworfen, um eine niedrige und spezifizierte Sperrdurchbruchsspannung zu haben. Dies wiederum ermöglicht es Zenerdioden, jede an sie angelegte Sperrspannung voll auszunutzen.
Im Wesentlichen verhält sich eine Zenerdiode genau wie eine standardmäßige Allzweckdiode, die aus einem Silizium-PN-Übergang besteht, und verhält sich daher, wenn sie in Durchlassrichtung vorgespannt ist, genau wie eine Standarddiode, die den Nennstrom durchlässt. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Diode, die jeden Stromfluss durch sich selbst blockiert, sobald die Sperrspannung den vorbestimmten Wert erreicht, beginnt die Zenerdiode jedoch in umgekehrter Richtung zu leiten.
Hinweis: Vorwärtsvorspannung bedeutet, dass die Anode in Bezug auf ihre Kathode positiv ist, während Rückwärtsvorspannung bedeutet, dass die Kathode positiver als die Anode ist.
Was ist die Zenerspannung einer Zenerdiode?
In Bezug auf eine Definition ist die Durchbruchsspannung einer Zenerdiode dieselbe wie die Zenerspannung (VZ), wenn sie an einen Stromkreis angeschlossen ist und sich in umgekehrter Vorspannung befindet. Zusammenfassend wird der Spannungspunkt, an dem die Spannung über der Zenerdiode stabil wird, als Zenerspannung bezeichnet, die von weniger als einem Volt bis zu Hunderten von Volt reicht.
Dies ist wichtig, denn sobald die Spannung an einer Zenerdiode ihre Durchbruchsspannung überschreitet, bleibt die Spannung am Zener konstant. Dies bedeutet, dass selbst wenn der durch die Diode fließende Strom weiter ansteigt, die Spannung gleich bleibt.
Aufgrund der Fähigkeit der Zenerdiode, ihre Zenerspannung auf einem stabilen und konstanten Niveau zu halten, hat sie ein enormes Potenzial in Schaltungsanwendungen, insbesondere in Bezug auf die Spannungsregelung.
Zenerdioden sind für die Spannungsregelung immens hilfreich.
Die Eigenschaften einer Zenerdiode
Bezeichnenderweise arbeitet eine Zenerdiode, wenn sie sich in einer Vorwärtsvorspannung befindet oder die Sperrvorspannung geringer ist als die Durchbruchsspannung, wie eine gewöhnliche Diode. Mit anderen Worten, in umgekehrter Vorspannung blockiert es Strom und in Vorwärtsvorspannung lässt es Strom fließen.
Sobald diese Spannung den Durchbruchspunkt überschreitet (in umgekehrter Vorspannung), tritt die Diode in den Zenerbereich ein, wo sie leitet, ohne beschädigt zu werden. Darüber hinaus wird der Strom innerhalb dieses Bereichs als Lawinenstrom und als Zenerstrom bezeichnet, wenn von einer Zenerdiode die Rede ist.
Darüber hinaus behält die Diode in dem Moment, in dem die Spannung abzunehmen beginnt, ihren nicht leitenden Zustand wie eine Standarddiode bei. Die spezifische und charakteristische Eigenschaft der Zenerdiode, in umgekehrter Vorspannung betriebsbereit zu sein, beruht auf der reichen Dotierung ihres Halbleitermaterials. Darüber hinaus können Sie die Durchbruchsspannung einstellen, indem Sie die Dicke des Verarmungsbereichs im PN-Übergang und die Dotierungsmenge (Halbleitermaterial) steuern.
Anwendungen für Zenerdioden
Die Zenerdiode wird häufig als Spannungsregler verwendet, hauptsächlich weil der Spannungsabfall an der Diode konstant ist. Darüber hinaus muss die Versorgungsspannung die Zenerspannung für den Betrieb der Schaltung überschreiten. Dadurch hat jedes elektronische Bauelement, das parallel zu diesen Dioden geschaltet ist, die gleiche angelegte Spannung.
Darüber hinaus ist es als Spannungsregler, wo eine Zenerdiode ihre ideale Anwendung in Bezug auf Funktionalität erfüllt Anforderungen findet. Dies liegt nicht nur an seiner Fähigkeit, einen stabilen Spannungsausgang zu erzeugen, sondern auch daran, dass dies bei unterschiedlichen Laststrombedingungen mit geringer Welligkeit geschieht. Mit nur einer kleinen Strommenge durch die Diode von einer Spannungsquelle über einen geeigneten Strombegrenzungswiderstand leitet die Zenerdiode ausreichend Strom, der erforderlich ist, um einen Spannungsabfall von Vout aufrechtzuerhalten.
Hinweis: Bezüglich Ripple; denken Sie daran, dass die DC-Ausgangsspannung von beispielsweise einem Halb- oder Vollwellengleichrichter Welligkeit enthält, die der DC-Spannung überlagert ist, und dass sich mit der Änderung des Lastwerts auch die durchschnittliche Ausgangsspannung ändert. Durch Anschließen einer einfachen Zenerstabilisatorschaltung über den Ausgang des Gleichrichters können wir jedoch eine stabilere Ausgangsspannung erhalten.
Andere übliche Verwendungen von Zenerdioden umfassen Überspannungsschutz (Spannungsspitzen) und in Zufallszahlengeneratorprogrammen aufgrund des deutlichen Rauschens, das sie innerhalb des Lawinendurchbruchbereichs erzeugen.
Die Kennlinie einer Zenerdiode
In einer Zenerdiode steigt der durch sie fließende Strom stark an, bis er seinen maximalen Schaltungswert erreicht. Unter normalen Umständen wird dieser Strom jedoch durch einen Vorwiderstand begrenzt. Darüber hinaus bleibt dieser umgekehrte Sättigungsstrom bei Erreichen seines Maximums über einen erweiterten Bereich von Sperrspannungen relativ konstant.
Es ist auch möglich, die erforderliche Spannung, die zum Auslösen des Stromflusses in einer Zenerdiode erforderlich ist, bis zu einem Grad von weniger als 1% Toleranz zu steuern. Darüber hinaus tritt dies innerhalb der Dotierungsstufe des Dioden-Halbleiteraufbaus auf, wodurch die Diode eine spezifische Zener-Durchbruchsspannung (Vz) erhält, beispielsweise 5,2 V oder 8,4 V. Grafisch gesehen ist die Zener-Durchbruchsspannung auf der I-V-Kurve nahezu eine vertikale Gerade.
Die Zenerspannung ist ein wesentlicher Aspekt dessen, was die Zenerdiode besonders macht. Die Fähigkeit, wie zwei verschiedene Komponenten zu arbeiten, gibt der Zenerdiode eine Wäscheliste nützlicher Anwendungen. Wie bereits erwähnt, scheint die ideale Verwendung jedoch im Bereich der Spannungsregelung zu liegen, wo die Einzigartigkeit seiner Zenerspannung am nützlichsten ist. Es widerspricht fast der Logik, dass eine Diode sicher in umgekehrter Vorspannung leiten kann, aber in der Wissenschaft geht es darum, das Mögliche herauszufordern.
Die Verwendung der Smart SPICE-Technologie kann das Schaltungsdesign mit Zenerdioden effizient und effektiv ermöglichen. Erstens, indem Sie mit einer Modellbibliothek von über 34.000 Stück beginnen, sind Sie verpflichtet, eine große Stichprobengröße von leicht verfügbaren Zenerdioden zur Auswahl zu haben. Durch transiente Simulationen können Sie die erwarteten Ausgangs- und Durchbruchsspannungen für Ihre Dioden sowie Serienwiderstände oder Kapazitäten bestimmen.
Implementieren Sie geeignete Zenerspannungsstrategien für alle Ihre PCB-Designs mit der Cadence-Suite von Design- und Analysetools. Mit jeder Art von Zenerdiode kann OrCAD PSpice Simulator sicher sein, alle notwendigen Durchbruchsspannungen klar und genau abzubilden.
Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie Cadence die Lösung für Sie hat, sprechen Sie mit uns und unserem Expertenteam.
Über den Autor
Cadence PCB Solutions ist ein komplettes Front-to-Back-Design-Tool für eine schnelle und effiziente Produktentwicklung. Cadence ermöglicht es Benutzern, die Konstruktionszyklen durch den modernen Industriestandard IPC-2581 genau zu verkürzen, um sie an die Fertigung zu übergeben.
Folgen Sie auf Linkedin Website besuchen Weitere Inhalte von Cadence PCB Solutions