ordet bias är den ultimata sociala tveeggat svärd. Om du säger rätt saker, eller ser på ett visst sätt, eller dina atletiska gåvor är imponerande nog, kommer människor att främja en (framåt) gynnsam bias mot dig. Men om du vacklar på något sätt inom de tidigare nämnda parametrarna, kommer människor att utveckla en (omvänd) eller ogynnsam förspänning mot dig.
beroende på vilken av de diskuterade parametrarna du uppnådde din gynnsamma bias, din ordspråkiga karriär, livsstil eller liv som du vet kan det vara över om människor utvecklar en ogynnsam bias mot dig. Detta är i grunden hur en diod interagerar med spänning. I en standarddiod vet vi alla att strömmen flyter vanligtvis i en riktning. När spänningen överstiger de acceptabla parametrarna för en standarddiod, motsvarar den också irreparabel skada.
det är emellertid inte fallet för en Zener-diod eftersom när backspänningen når ett förinställt värde börjar Zener-dioden att leda i omvänd riktning. Nu, om det bara fanns en Zener diode-app som kunde rädda några av dessa kändisar och idrottare från sig själva.
Vad är en Zener diod?
inom parametrarna för standardoperation kommer en generell diod att blockera det omvända flödet av ström, och det ger vanligtvis för tidig nedbrytning eller skada om den applicerade backspänningen överstiger dess gränser.
även om Zener-dioden, som tidigare diskuterats, i huvudsak är densamma som en standard PN-kopplingsdiod, är de speciellt konstruerade för att ha en låg och specificerad omvänd nedbrytningsspänning. Detta gör det i sin tur möjligt för Zener-dioder att dra full nytta av all omvänd spänning som appliceras på den.
i huvudsak utför en Zener-diod precis som en vanlig generell diod bestående av en kisel PN-korsning, och sålunda uppträder den precis som en standarddiod som passerar märkströmmen när den är förspänd i framåtriktningen. Till skillnad från en traditionell diod som blockerar något strömflöde genom sig själv när det är omvänd förspänt, så snart backspänningen når det förutbestämda värdet, börjar Zener-dioden att leda i omvänd riktning.
Obs: framåtriktad förspänning betyder att anoden är positiv med hänvisning till dess katod, medan omvänd förspänning innebär att katoden är mer positiv än anoden.
Vad är Zener-spänningen för en Zener-diod?
när det gäller en definition är en Zener-diods nedbrytningsspänning densamma som Zener-spänningen (VZ) när den är ansluten till en krets och i omvänd förspänning. Sammanfattningsvis kallas spänningspunkten vid vilken spänningen över Zener-dioden blir stabil Zener-spänningen, som sträcker sig från mindre än en volt till hundratals volt.
detta är viktigt eftersom när spänningen över en Zener-diod överstiger dess nedbrytningsspänning förblir spänningen över Zener konstant. Detta innebär att även om strömmen som går genom dioden fortsätter att öka, förblir spänningen densamma.
på grund av Zener-diodens förmåga att hålla sin Zener-spänning på en stabil och konstant nivå har den en enorm potential i kretsapplikationer, särskilt när det gäller spänningsreglering.
Zener-dioder är oerhört användbara för spänningsreglering.
egenskaperna hos en Zener-diod
karaktäristiskt sett, om en Zener-diod är i framåtriktad förspänning eller omvänd förspänningsspänning är mindre än nedbrytningsspänningen, fungerar den som en vanlig diod. Med andra ord, i omvänd bias blockerar den ström, och i framåtriktad bias tillåter den ström att strömma.
när denna spänning överträffar nedbrytningspunkten (i omvänd bias) kommer dioden in i Zener-regionen, där den leder utan att uppleva skada. Dessutom kallas strömmen inom denna region lavinström och kallas Zener-ström när man hänvisar till en Zener-diod.
dessutom, när spänningen börjar minska, behåller dioden sitt icke-ledande tillstånd som en standarddiod. Zener-diodens specifika och karakteristiska egenskap att vara operativ i omvänd förspänning beror på den rika dopningen av dess halvledarmaterial. Dessutom kan du ställa in nedbrytningsspänningen genom att styra tjockleken på utarmningsområdet i PN-korsningen och mängden dopning (halvledarmaterial).
applikationer för Zener-dioder
Zener-dioden används ofta som spänningsregulator, främst eftersom spänningsfallet över dioden är konstant. Dessutom måste matningsspänningen överstiga Zener-spänningen för att kretsen ska fungera. Därigenom kommer alla elektroniska komponenter som är anslutna parallellt med dessa dioder att ha samma applicerade spänning.
dessutom är det som en spänningsregulator där en Zener-diod finner sin idealiska applikation när det gäller funktionalitet uppfyller kraven. Detta beror inte bara på dess förmåga att producera en stabil spänningsutgång utan också för att den gör det med låg krusning under varierande belastningsströmförhållanden. Med bara en liten mängd ström genom dioden från en spänningskälla, via ett lämpligt strömbegränsande motstånd, kommer Zener-dioden att leda tillräcklig ström som är nödvändig för att upprätthålla ett spänningsfall av Vout.
Obs: När det gäller ripple; tänk på att DC-utgångsspänningen från säg en halv-eller fullvågslikriktare innehåller Krusning överlagd på likspänningen, och att när Belastningsvärdet ändras, så gör också den genomsnittliga utspänningen. Genom att ansluta en enkel Zener-stabilisatorkrets över likriktarens utgång kan vi emellertid få en stabilare utspänning.
andra vanliga användningar av Zener-dioder inkluderar överspänningsskydd (spänningsspikar) och i slumptalsgeneratorprogram på grund av det distinkta bruset de genererar inom lavinnedbrytningsregionen.
den karakteristiska kurvan för en Zener-diod
i en Zener-diod ökar strömmen som strömmar genom den intensivt tills den når sitt maximala kretsvärde. Under normala omständigheter begränsas emellertid denna ström av ett seriemotstånd. Vidare, när den når sin maximala, förblir denna omvänd mättnadsström relativt konsekvent genom ett utökat intervall av omvänd spänningar.
det är också möjligt att styra den nödvändiga spänningen som krävs för att utlösa strömflödet i en Zener-diod, till en grad av mindre än 1% tolerans. Vidare sker detta inom dopningssteget för diodernas halvledarkonstruktion, vilket ger dioden en specifik Zener-nedbrytningsspänning (Vz), till exempel 5,2 V eller 8,4 V. grafiskt sett är Zener-nedbrytningsspänningen på I-V-kurvan nästan en vertikal rak linje.
Zener-spänningen är en väsentlig aspekt av vad som gör Zener-dioden speciell. Förmågan att utföra som två olika komponenter ger Zener-dioden en tvättlista med användbara applikationer. Men som jag sa tidigare verkar den ideala användningen vara inom spänningsreglering, där unikheten hos sin Zener-spänning är mest användbar. Det trotsar nästan logiken att en diod säkert kan leda i omvänd bias, men vetenskapen handlar om att utmana vad som är möjligt.
att använda smart SPICE-teknik kan möjliggöra kretsdesign med Zener-dioder effektivt och effektivt. Först, genom att börja med ett modellbibliotek på över 34 000 stycken, är du bunden att ha en stor provstorlek av lättillgängliga Zener-dioder att välja mellan. Genom att köra transienta simuleringar kan du bestämma förväntade utgångs-och nedbrytningsspänningar för dina dioder, samt bestämma seriemotstånd eller kapacitans.
implementera lämpliga Zener spänningsstrategier för alla dina PCB-mönster med Cadences svit med design-och analysverktyg. Med någon form av Zener diodanvändning kan OrCAD PSpice Simulator vara säker på att kartlägga alla nödvändiga nedbrytningsspänningar tydligt och exakt.
om du vill veta mer om hur Cadence har lösningen för dig, prata med oss och vårt team av experter.
om författaren
Cadence PCB solutions är ett komplett designverktyg fram och bak för att möjliggöra snabb och effektiv produktskapande. Cadence gör det möjligt för användare att exakt förkorta designcykler för att lämna till tillverkning genom modern, IPC-2581 industristandard.
Följ på Linkedin besök webbplatsen mer innehåll av Cadence PCB Solutions