Grundlage für den zuverlässigen und dauerhaften Betrieb elektronischer Geräte ist eine stabile Versorgungsspannung. Dazu werden stabilisierte Netzteile verwendet. Wir können sagen, dass das Hauptelement, das die Höhe der Ausgangsspannung des Netzteils bestimmt, ein Halbleiterbauelement ist - eine Zenerdiode. Es kann sowohl die Basis eines Linearstabilisators als auch ein Schwellenelement im Rückkopplungskreis eines Schaltnetzteils sein. In diesem Artikel werden wir den Lesern der Website sagen Elektriker selbst über das Gerät und das Funktionsprinzip der Zenerdiode.
Inhalt:
- Was ist das
- Hauptmerkmale
- Konventionelle grafische Bezeichnung auf den Diagrammen
- Schaltplan
- Markierung
Was ist das
In der Literatur findet sich folgende Definition:
Zenerdiode oder Zenerdiode ist ein Gerät zur Spannungsstabilisierung in Stromkreisen. Arbeitet mit umgekehrter Vorspannung im Breakdown-Modus. Vor dem Einsetzen des Durchbruchs weist es einen hohen Übergangswiderstand auf. Die dabei fließenden Ströme sind unbedeutend. Sie sind in der Elektronik und Elektrotechnik weit verbreitet.
Vereinfacht gesagt soll die Zener-Diode die Spannung in elektronischen Schaltungen stabilisieren. Es wird in die entgegengesetzte Richtung in den Stromkreis aufgenommen. Wenn die Spannung die Stabilisierungsspannung überschreitet, kommt es zu einem reversiblen elektrischen Durchbruch des pn-Übergangs. Sobald er auf den Nennwert abfällt, stoppt der Durchbruch und die Zenerdiode schließt.
Die folgende Abbildung ist ein grafisches Diagramm für Dummies, um zu verstehen, wie die Zener-Diode funktioniert.
Die Hauptvorteile sind geringe Kosten und kleine Abmessungen. Die Industrie produziert Geräte mit einer Stabilisierungsspannung von 1,8 - 400 V in Metall-, Keramik- oder Glasgehäusen. Dies hängt von der Leistung ab, für die die Zenerdiode ausgelegt ist, und anderen Eigenschaften.
Zur Stabilisierung der Hochspannungsspannung von 0,4 bis mehrere zehn kV werden Glimmentladungs-Zenerdioden verwendet. Sie haben ein Glasgehäuse und wurden vor dem Aufkommen von Halbleiterbauelementen in parametrischen Stabilisatoren verwendet.
Geräte, die ihren Widerstand in Abhängigkeit von der angelegten Spannung ändern, haben ähnliche Eigenschaften – das sind Varistoren. Der Unterschied zwischen einer Zenerdiode und einem Varistor besteht darin, dass letzterer bidirektionale symmetrische Eigenschaften hat. Dies bedeutet, dass es im Gegensatz zu Dioden keine Polarität hat. Kurz gesagt ist der Varistor dafür ausgelegt, Überspannungsschutz elektronische Schaltkreise.
Suppressoren werden verwendet, um das Gerät vor Überspannungen zu schützen. Der Unterschied zwischen einer Zenerdiode und einem Suppressor besteht darin, dass ersterer seinen Innenwiderstand in Abhängigkeit von der angelegten Spannung allmählich ändert. Der zweite öffnet bei Erreichen einer bestimmten Spannungsschwelle sofort. Jene. sein Innenwiderstand geht gegen Null. Der Hauptzweck von Suppressoren besteht darin, Geräte vor Überspannungen zu schützen.
Die folgende Abbildung zeigt eine konventionell grafische Bezeichnung (UGO nach GOST) eines Halbleiters und dessen Strom-Spannungs-Kennlinie.
In der Abbildung bezeichnen die Zahlen Abschnitt 1-2. Es funktioniert und soll die Spannung in den Stromkreisen stabilisieren. Wenn das Gerät in Durchlassrichtung eingeschaltet wird, funktioniert es wie eine normale Diode.
Wir empfehlen Ihnen, sich das folgende Video anzusehen, um das Funktionsprinzip der Zenerdiode, die Bezeichnung der Elemente und deren Anwendungsbereich genauer zu studieren.
Hauptmerkmale
Bei der Auslegung von Netzteilen sollten Sie in der Lage sein, das erforderliche Element entsprechend den Werten richtig zu berechnen und auszuwählen. Eine falsch ausgewählte Zenerdiode fällt sofort aus oder hält die Spannung nicht auf dem erforderlichen Niveau.
Die Hauptmerkmale sind:
- Spannung UCT. Stabilisierung;
- Bemessungsstabilisierungsstrom IKunst.Fließen durch eine Zenerdiode;
- zulässige Verlustleistung;
- Temperaturkoeffizient der Stabilisierung;
- dynamischer Widerstand.
Diese Eigenschaften werden vom Hersteller bestimmt und sind in der Referenzliteratur angegeben.
Konventionelle grafische Bezeichnung auf den Diagrammen
Alle Geräte haben eine grafische Bezeichnung. Dies ist notwendig, um den Stromkreis nicht zu überladen. Die Zenerdiode hat eine eigene grafische Bezeichnung, die von der zwischenstaatlichen Norm für einen einzigen Standard für die Designdokumentation (ESKD) zugelassen ist.
Die folgende Abbildung zeigt, wie im Diagramm nach GOST 2.730-73 die Zenerdiode praktisch als Diode bezeichnet wird, da sie im Wesentlichen eine ihrer Varianten ist.
Für die korrekte Einbeziehung sollten Sie unterscheiden, wo das Plus, wo das Minus. Betrachtet man die obige Abbildung, ist das Plus (Anode) links und das Minus (Kathode) rechts. Die Abmessungen der UGO-Dioden sollen laut ESKD 5/5 mm betragen. Dies ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Schaltplan
Betrachten Sie den Betrieb einer Zenerdiode am Beispiel einer parametrischen Stabilisatorschaltung. Dies ist ein typisches Layout. Hier sind die Formeln zur Berechnung des Stabilisators.
Nehmen wir an, es gibt 15 Volt und der Ausgang muss 9 V betragen. Entsprechend der Spannungstabelle im Nachschlagewerk wählen wir die Zenerdiode D810. Berechnen wir den strombegrenzenden Widerstand R1 gemäß der folgenden Abbildung. Es zeigt den Strombegrenzungswiderstand und das Anschlussdiagramm. Der Spannungsregelungsmodus ist auf der Strom-Spannungs-Kennlinie 1.2 gekennzeichnet.
Damit der Halbleiter nicht ausfällt, müssen der Stabilisierungsstrom und der Laststrom berücksichtigt werden. Bestimmen Sie den Stabilisierungsstrom aus dem Nachschlagewerk.
Er entspricht 5 mA. Die folgende Abbildung zeigt einen Teil des Nachschlagewerks.
Wir nehmen an, dass der Laststrom 100 mA beträgt:
R1 = (UIn-UNS) / (ICHn+ ichCT) = (15-9) / (0,1 + 0,005) = 57,14 Ohm.
Wenn Sie einen leistungsstarken Stabilisator benötigen, lohnt es sich, eine Schaltung aus einer Zenerdiode und einem Transistor zusammenzustellen.
Wenn es notwendig ist, einen Stabilisator für eine kleine Spannung von 0,2-1 V herzustellen, wird dafür ein Stabilisator verwendet. Es ist eine Art Zenerdiode, arbeitet aber im Vorwärtszweig der I - V-Kennlinie und schaltet in Vorwärtsrichtung ein, was seine Besonderheit ist.
Ebenso können Sie ein Netzteil herstellen, bei dem der Stabilisator aus Dioden besteht. Sie sind wie der Stabilisator in Vorwärtsrichtung eingeschaltet. Die erforderliche Spannung wird durch direkte Spannungsabfälle an der Diode gewonnen, bei Siliziumdioden liegt sie im Bereich von 0,5-0,7V. Wenn keine Dioden vorhanden sind, können Sie eine Zener-Diode aus einem Transistor zusammenbauen.
Die folgende Abbildung zeigt eine Transistorschaltung.
Die Industrie produziert auch gesteuerte Zenerdioden. Genauer gesagt ist dies ein Mikroschaltkreis - TL431. Dies ist eine universelle Mikroschaltung, mit der Sie die Spannung im Bereich von 2,5 bis 36 Volt regulieren können.
Die Anpassung erfolgt durch Auswahl eines Widerstandsteilers. Das Diagramm unten zeigt einen 5-Volt-Regler. Der Teiler ist auf Widerständen mit einem Nennwert von 2,2 K aufgebaut.
Der Fachmann sollte wissen, wie man die Funktion der Zenerdiode mit einem Multimeter überprüft. Wir stellen gleich fest, dass nur ein unidirektionales Element geprüft werden kann, doppelte (bidirektionale) Elemente unterliegen keiner solchen Prüfung. Wenn die Zener-Diode ordnungsgemäß funktioniert, zeigt der Tester, wenn er in eine Richtung "wählt", einen offenen Stromkreis und in der zweiten den minimalen Widerstand an. Der defekte klingelt in beide Richtungen.
Markierung
Je nach Leistung der Diode sind sie in unterschiedlichen Gehäusen erhältlich. Auf Metallgehäusen mit hoher Leistung ist die Buchstabenbezeichnung des Gerätetyps angegeben.
Die Fotos unten zeigen sowjetische Geräte und wie sie aussahen.
Heutzutage werden Low-Power-Dioden in Glaskästen hergestellt. Die Kennzeichnung importierter Geräte erfolgt farbcodiert. Der Körper ist mit Streifen oder farbigen Ringen gekennzeichnet.
Die folgende Abbildung zeigt die Beschriftung von SMD-Dioden.
Haushaltsdioden in Glaskästen sind mit Streifen oder Ringen gekennzeichnet. Sie können den Typ und die Parameter anhand eines beliebigen Nachschlagewerks für elektronische Komponenten bestimmen. Beispielsweise zeigt der grüne Balken die KS139A-Zenerdiode an und der blaue Balken (oder Ring) zeigt die KS133A an.
Auf leistungsstarken Geräten in Metallgehäusen wird eine Buchstabenbezeichnung angezeigt, zum Beispiel D816, wie auf dem Foto oben gezeigt. Dies ist notwendig, um zu wissen, wie man ein Analog auswählt.
Also haben wir untersucht, was Zenerdioden sind, wie sie funktionieren und wozu sie dienen. Wenn Sie Fragen haben, stellen Sie diese in den Kommentaren unter dem Artikel!
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