زينر ديود - ما هو وما هو الغرض منه؟ نظائرها من أشباه الموصلات من الثنائيات زينر زينر ديود أو زينر ديود

راتب ثابت، حياة مستقرة، حالة مستقرة. الأخير لا يتعلق بروسيا بالطبع :-). إذا نظرت إلى القاموس التوضيحي، يمكنك أن تفهم بوضوح ما هو "الاستقرار". في الأسطر الأولى، أعطاني ياندكس على الفور تعيين هذه الكلمة: مستقر - وهذا يعني ثابت، مستقر، لا يتغير.

ولكن في أغلب الأحيان يستخدم هذا المصطلح في الإلكترونيات والهندسة الكهربائية. في الإلكترونيات، تعتبر القيم الثابتة للمعلمة مهمة جدًا. يمكن أن يكون هذا التيار، والجهد، وتردد الإشارة، وما إلى ذلك. يمكن أن يؤدي انحراف الإشارة عن أي معلمة معينة إلى التشغيل غير الصحيح للمعدات الإلكترونية وحتى إلى انهيارها. لذلك، في مجال الإلكترونيات، من المهم جدًا أن يعمل كل شيء بثبات ولا يفشل.

في الإلكترونيات والهندسة الكهربائية استقرار الجهد. يعتمد تشغيل المعدات الإلكترونية على قيمة الجهد. إذا تغير إلى حد أقل، أو أسوأ من ذلك، إلى زيادة، فإن المعدات في الحالة الأولى قد لا تعمل بشكل صحيح، وفي الحالة الثانية يمكن أن تشتعل فيها النيران.

من أجل منع ارتفاع وانخفاض الجهد، ومختلف حماة الطفرة.كما تفهم من العبارة، فقد اعتادوا على ذلك استقرار"اللعب" الجهد.

زينر ديود أو زينر ديود

أبسط مثبت الجهد في الإلكترونيات هو عنصر الراديو ديود زينر. في بعض الأحيان يطلق عليه أيضًا ديود زينر. في المخططات، تم تعيين ثنائيات الزينر على النحو التالي:

يُطلق على الطرف ذو "الغطاء" نفس اسم الصمام الثنائي - الكاثود، والاستنتاج الآخر هو الأنود.

تبدو ثنائيات زينر مثل الثنائيات. في الصورة أدناه، على اليسار يوجد نوع شائع من صمامات زينر الحديثة، وعلى اليمين إحدى العينات من الاتحاد السوفيتي

إذا ألقيت نظرة فاحصة على صمام ثنائي الزينر السوفييتي، فيمكنك رؤية هذا التصنيف التخطيطي عليه نفسه، مما يشير إلى مكان وجود الكاثود الخاص به ومكان وجود الأنود الخاص به.

استقرار الجهد

إن أهم معلمة لثنائي الزينر هي، بطبيعة الحال، استقرار الجهد.ما هي هذه المعلمة؟

لنأخذ كوبًا ونملأه بالماء..

بغض النظر عن كمية الماء التي نسكبها في الكوب، فإن الماء الزائد سوف يتدفق من الكوب. أعتقد أن هذا أمر مفهوم لمرحلة ما قبل المدرسة.

الآن قياسا على الالكترونيات. الزجاج هو صمام ثنائي زينر. مستوى الماء في كوب مملوء حتى الحافة هو استقرار الجهدديود زينر. تخيل إبريقًا كبيرًا من الماء بجوار كوب. سنقوم فقط بملء كوبنا بالماء من الإبريق، لكننا لا نجرؤ على لمس الإبريق. لا يوجد سوى خيار واحد - صب الماء من الإبريق عن طريق إحداث ثقب في الإبريق نفسه. إذا كان ارتفاع الإبريق أصغر من الزجاج، فلن نتمكن من صب الماء في الزجاج. لشرح ذلك بمصطلحات إلكترونية، فإن الإبريق يحتوي على "جهد" أكبر من "جهد" الزجاج.

لذلك، أيها القراء الأعزاء، فإن مبدأ تشغيل صمام ثنائي زينر بأكمله موجود في الزجاج. بغض النظر عن التدفق الذي نسكبه عليه (حسنًا، بالطبع، في حدود المعقول، وإلا فإن الزجاج سوف يُحمل وينكسر)، سيكون الزجاج ممتلئًا دائمًا. ولكن من الضروري أن تصب من فوق. هذا يعنى، يجب أن يكون الجهد الذي نطبقه على ثنائي الزينر أعلى من جهد التثبيت لثنائي الزينر.

وضع علامات على الثنائيات زينر

من أجل معرفة جهد التثبيت لثنائي الزينر السوفييتي، نحتاج إلى كتاب مرجعي. على سبيل المثال، في الصورة أدناه يوجد صمام ثنائي زينر سوفيتي D814V:

نحن نبحث عن المعلمات الخاصة به في الدلائل عبر الإنترنت على الإنترنت. كما ترون، فإن جهد التثبيت في درجة حرارة الغرفة يبلغ حوالي 10 فولت.

يتم تمييز ثنائيات الزينر الأجنبية بسهولة أكبر. إذا نظرت عن كثب، يمكنك رؤية نقش بسيط:

5V1 - وهذا يعني أن جهد التثبيت لثنائي الزينر هذا هو 5.1 فولت. أسهل بكثير، أليس كذلك؟

يتم تمييز كاثود ثنائيات الزينر الأجنبية بشكل رئيسي بشريط أسود

كيفية فحص ديود الزينر

كيفية التحقق من الصمام الثنائي زينر؟ نعم، تماما مثل! يمكنك معرفة كيفية التحقق من الصمام الثنائي في هذه المقالة. دعونا نتحقق من الصمام الثنائي زينر لدينا. قمنا بضبطه على الاستمرارية ونعلق المسبار الأحمر على الأنود والمسبار الأسود على الكاثود. يجب أن يُظهر المقياس المتعدد انخفاضًا في الجهد للأمام.

نتبادل المجسات ونرى واحدة. هذا يعني أن ثنائي زينر الخاص بنا في حالة استعداد قتالي كامل.

حسنًا، حان وقت التجارب. في الدوائر، يتم توصيل ثنائي زينر على التوالي مع المقاومة:

أين Uin - جهد الدخل، Uout.st. - خرج الجهد المستقر

إذا نظرنا عن كثب إلى الرسم البياني، فلن نحصل على شيء أكثر من مقسم الجهد. كل شيء هنا أساسي وبسيط:

Uin=Uout.stab +Uresistor

أو بالكلمات: جهد الدخل يساوي مجموع الفولتية على ديود الزينر والمقاومة.

ويسمى هذا المخطط استقرار حدوديعلى ديود زينر واحد. إن حساب هذا المثبت خارج نطاق هذه المقالة، ولكن إذا كان أي شخص مهتمًا، فابحث عنه في جوجل؛-)

لذلك، دعونا نجمع الدائرة. لقد أخذنا مقاومًا بقيمة اسمية تبلغ 1.5 كيلو أوم وصمام ثنائي زينر بجهد تثبيت يبلغ 5.1 فولت. على اليسار نقوم بتوصيل مصدر الطاقة، وعلى اليمين نقيس الجهد الناتج بمقياس متعدد:

الآن نقوم بمراقبة قراءات جهاز القياس المتعدد ومصدر الطاقة بعناية:

لذا، بينما كل شيء واضح، دعونا نضيف المزيد من التوتر... عفوًا! جهد الدخل لدينا هو 5.5 فولت، وجهد الخرج لدينا هو 5.13 فولت! بما أن جهد التثبيت لثنائي الزينر هو 5.1 فولت، كما نرى، فإنه يستقر بشكل مثالي.

دعونا نضيف المزيد من فولت. جهد الدخل 9 فولت، والدايود الزينر 5.17 فولت! مدهش!

ونضيف أيضًا... جهد الدخل هو 20 فولتًا، والخرج وكأن شيئًا لم يحدث هو 5.2 فولت! 0.1 فولت هو خطأ بسيط جدًا، ويمكن إهماله في بعض الحالات.

خاصية الفولت أمبير لثنائي الزينر

أعتقد أنه لن يضر النظر في خاصية الجهد الحالي (VAC) لثنائي الزينر. يبدو شيء من هذا القبيل:

أين

الملكية الفكرية- التيار الأمامي، أ

استعراض- الجهد الأمامي، V

لا يتم استخدام هاتين المعلمتين في صمام ثنائي الزينر

أور- الجهد العكسي، V

أوست- جهد التثبيت المقنن، V

IST- تصنيف الاستقرار الحالي، أ

الاسمية تعني المعلمة العادية التي يمكن عندها تشغيل العنصر الراديوي على المدى الطويل.

ايماكس– أقصى تيار للدايود زينر A

إمين- الحد الأدنى لتيار دايود زينر، A

إيست، إيماكس، إيمين – هذا هو التيار الذي يتدفق عبر صمام ثنائي الزينر عندما يعمل.

نظرًا لأن صمام ثنائي زينر يعمل في قطبية عكسية، على عكس الصمام الثنائي (يتم توصيل صمام ثنائي زينر مع الكاثود إلى الموجب، والصمام الثنائي مع الكاثود إلى السالب)، فإن منطقة العمل ستكون بالضبط تلك المحددة بالمستطيل الأحمر .

كما نرى، عند بعض الجهد، يبدأ الرسم البياني لدينا في الانخفاض. في هذا الوقت، يحدث شيء مثير للاهتمام مثل الانهيار في الصمام الثنائي زينر. باختصار، لم يعد بإمكانه زيادة الجهد على نفسه، وفي هذا الوقت يبدأ التيار في الصمام الثنائي الزينر في الزيادة. أهم شيء هو عدم المبالغة في التيار أكثر من الأيماكس وإلا سيتلف ديود الزينر. يعتبر أفضل وضع تشغيل لثنائي الزينر هو الوضع الذي يكون فيه التيار عبر صمام ثنائي الزينر في مكان ما في المنتصف بين قيمه القصوى والدنيا. وهذا ما سيظهر على الرسم البياني نقطة التشغيلوضع التشغيل لثنائي الزينر (المميز بدائرة حمراء).

خاتمة

في السابق، في أوقات ندرة الأجزاء وبداية ذروة الإلكترونيات، غالبًا ما كان يتم استخدام صمام ثنائي زينر، بشكل غريب بما فيه الكفاية، لتحقيق الاستقرار في جهد الخرج. في الكتب السوفيتية القديمة عن الإلكترونيات، يمكنك رؤية هذا القسم من دائرة مصادر الطاقة المختلفة:

على اليسار، في الإطار الأحمر، حددت قسمًا مألوفًا لك من دائرة إمداد الطاقة. هنا نحصل على جهد التيار المستمر من جهد التيار المتردد. على اليمين، في الإطار الأخضر، يوجد مخطط التثبيت؛-).

حاليًا، تحل مثبتات الجهد ثلاثية المحطات (المتكاملة) محل المثبتات القائمة على ثنائيات الزينر، لأنها تعمل على تثبيت الجهد بشكل أفضل عدة مرات وتتمتع بتبديد جيد للطاقة.

على علي، يمكنك أن تأخذ على الفور مجموعة كاملة من الثنائيات زينر، تتراوح من 3.3 فولت إلى 30 فولت. يختار لذوقك واللون.

تم تصميم ثنائيات زينر (ثنائيات زينر، الثنائيات Z) لتحقيق الاستقرار في أوضاع الجهد والتشغيل للمكونات المختلفة للمعدات الإلكترونية. يعتمد مبدأ تشغيل صمام ثنائي الزينر على ظاهرة انهيار زينر للوصلة n. يحدث هذا النوع من الانهيار الكهربائي في تقاطعات أشباه الموصلات المنحازة عكسيًا عندما يزيد الجهد فوق مستوى حرج معين. بالإضافة إلى انهيار زينر، فإن الانهيار الجليدي معروف ويستخدم لتثبيت الجهد. يوضح الشكل الاعتماد النموذجي للتيار من خلال جهاز أشباه الموصلات (ثنائي زينر) على حجم الجهد الأمامي أو العكسي المطبق (خصائص فولت أمبير، خصائص الجهد الحالي). 1.1.

الفروع الأمامية لخصائص الجهد الحالي لثنائيات الزينر المختلفة متطابقة تقريبًا (الشكل 1.1)، والفرع العكسي له خصائص فردية لكل نوع من أنواع ثنائيات الزينر. هذه المعلمات: استقرار الجهد. الحد الأدنى والحد الأقصى لتيار التثبيت ؛ زاوية ميل خاصية الجهد الحالي، التي تميز قيمة المقاومة الديناميكية لثنائي الزينر ("جودته")؛

الحد الأقصى لتبديد الطاقة. معامل درجة حرارة استقرار الجهد (TKN) - يستخدم لحسابات الدوائر.

تظهر في الشكل دائرة توصيل نموذجية لثنائي زينر. 1.2. يتم حساب قيمة مقاومة التخميد R1 (بالكيلو أوم) بالصيغة:

لتثبيت جهد التيار المتردد أو الحد بشكل متناظر من سعته عند مستوى UCT، يتم استخدام ثنائيات زينر متناظرة (الشكل 1.3)، على سبيل المثال، اكتب KS 175. يمكن استخدام ثنائيات زينر هذه لتثبيت جهد التيار المستمر، وتشغيلها دون مراقبة القطبية . يمكنك الحصول على صمام ثنائي زينر "متماثل" من ثنائيين "غير متماثلين" عن طريق توصيلهما من الخلف إلى الخلف حسب الدائرة الموضحة في الشكل. 1.4.

تسمح لك ثنائيات زينر لأشباه الموصلات المنتجة صناعيًا بتثبيت الجهد على نطاق واسع: من 3.3 إلى 180 فولت. وبالتالي، هناك ثنائيات زينر تسمح لك بتثبيت الفولتية المنخفضة: 3.3؛ 3.9؛ 4.7؛ 5.6 فولت هو KS133، KS139، KS147، KS156، إلخ. إذا كان من الضروري الحصول على جهد تثبيت غير قياسي، على سبيل المثال، 6.6 فولت، فيمكنك توصيل ثنائيات زينر KS133 على التوالي. بالنسبة لثلاثة من ثنائيات زينر، سيكون جهد التثبيت 9.9 فولت. للحصول على جهد تثبيت يبلغ 8.0 فولت، يمكنك استخدام مزيج من ثنائيات زينر KS133 وKS147 (أي 3.3 + 4.7 فولت) أو ثنائي زينر KS175 وصمام ثنائي السيليكون ( KD503) - في الاتجاه الأمامي (أي 7.5+0.5 فولت).

في المواقف التي يكون فيها من الضروري الحصول على جهد ثابت أقل من 2...3 فولت، يتم استخدام المثبتات - ثنائيات أشباه الموصلات التي تعمل على الفرع المباشر لخاصية الجهد الحالي (الشكل 1.1).

لاحظ أنه بدلاً من المثبتات، يمكن استخدام الجرمانيوم التقليدي (Ge)، والسيليكون (Si)، والسيلينيوم (Se)، وزرنيخيد الغاليوم (GaAs) وثنائيات أشباه الموصلات الأخرى بنجاح (الشكل 1.5). سيكون جهد التثبيت، اعتمادًا على التيار المتدفق عبر الصمام الثنائي، كما يلي: بالنسبة لثنائيات الجرمانيوم - 0.15...0.3 ب؛ للسيليكون - 0.5...0.7 فولت.

ومن المثير للاهتمام بشكل خاص استخدام الثنائيات الباعثة للضوء لتثبيت الجهد (الشكل 1.6) [R 11/83-40].

يمكن لمصابيح LED أن تؤدي وظيفتين في وقت واحد: من خلال توهجها، تشير إلى وجود الجهد وتثبيت قيمته عند مستوى 1.5...2.2 فولت. يمكن تحديد جهد التثبيت لمصابيح UCT بواسطة الصيغة التقريبية: L/Cr=1236 / ل. (ب)، حيث X هو الطول الموجي لإشعاع LED بالنانو متر [Рл 4/98-32].

لتحقيق الاستقرار في الجهد، يمكن استخدام الفرع العكسي لخاصية الجهد الحالي لأجهزة أشباه الموصلات (الثنائيات والترانزستورات)، والتي لم يتم تصميمها خصيصًا لهذه الأغراض (الشكل 1.7، 1.8، وكذلك الشكل 20.7). عادة ما يتجاوز هذا الجهد (جهد الانهيار الجليدي) 7 فولت ولا يمكن تكراره بشكل كبير حتى بالنسبة لأجهزة أشباه الموصلات من نفس النوع. لتجنب الضرر الحراري لأجهزة أشباه الموصلات أثناء وضع التشغيل غير المعتاد هذا، يجب ألا يتجاوز التيار من خلالها أجزاء من المللي أمبير. وهكذا، بالنسبة للثنائيات D219، D220، يمكن أن يتراوح جهد الانهيار (جهد التثبيت) من 120 إلى 180 فولت [P 9/74-62؛ ص 10/76-46؛ ص12/89-65].

لتثبيت الفولتية المنخفضة، يتم استخدام الدوائر الموضحة في الشكل. 1.9 - 1.12. تستخدم الدائرة (الشكل 1.9) [Goroshkov B.I.] وصلة متوازية "ديود" لاثنين من ترانزستورات السيليكون. جهد التثبيت لهذه الدائرة هو 0.65...0.7 فولت لترانزستورات السيليكون وحوالي 0.3 فولت لترانزستورات الجرمانيوم. لا تتجاوز المقاومة الداخلية لمثل هذا المثبت 5...10 أوم مع معامل تثبيت يصل إلى 1000...5000. ومع ذلك، عندما تتغير درجة الحرارة المحيطة، فإن عدم استقرار جهد خرج الدائرة يبلغ حوالي 2 مللي فولت لكل درجة.

في الرسم البياني في الشكل. 1.10 [ص 6/69-60؛ VRYA 84-9] يستخدم التوصيل المتسلسل لترانزستورات الجرمانيوم والسيليكون. يمكن أن يكون تيار الحمل لهذا التناظري لثنائي زينر 0.02...10 مللي أمبير. الأجهزة الموضحة في الشكل 1.11 و1.12 [Рл 1/94-33]، يستخدمان التوصيل المتتالي للترانزستورات في هياكل P-P-P وP-P-P ويختلفان فقط في أنه لزيادة جهد الخرج في إحدى الدوائر، يتم توصيل صمام ثنائي من السيليكون بين قواعد الترانزستورات (واحد أو عدة). يمكن أن يكون تيار التثبيت لنظائرها من صمام ثنائي زينر (الشكل 1.11، 1.12) في حدود 0.1...100 مللي أمبير، ولا تتجاوز المقاومة التفاضلية في قسم العمل لخاصية الجهد الحالي 15 أوم.

يمكن أيضًا تثبيت الفولتية المنخفضة باستخدام ترانزستورات التأثير الميداني (الشكل 1.13، 1.14). معامل التثبيت لهذه الدوائر مرتفع جدًا: بالنسبة لدائرة أحادية الترانزستور (الشكل 1.13) يصل إلى 300 عند جهد إمداد يبلغ 5... 15 فولت، لدائرة ثنائية الترانزستور (الشكل 1.14) تحت نفس وفي الأحوال التي تزيد على 1000 [ص10/95-55]. تبلغ المقاومة الداخلية لنظائر ثنائيات الزينر 30 أوم و5 أوم على التوالي.

يمكن الحصول على مثبت الجهد باستخدام نظير الدينستور كصمام ثنائي زينر (الشكل 1.15، انظر أيضًا الفصل 2) [Goroshkov B.I.].

لتثبيت الفولتية عند التيارات العالية في الحمل، يتم استخدام دوائر أكثر تعقيدًا، كما هو موضح في الشكل. 1.16 - 1.18 [ر9/89-88، ر12/89-65]. لزيادة تيار الحمل، من الضروري استخدام ترانزستورات قوية مثبتة على المشتتات الحرارية.

يظهر في الشكل مثبت جهد يعمل في نطاق واسع من اختلافات جهد الإمداد (من 4.5 إلى 18 6)، وله قيمة جهد خرج مختلفة قليلاً عن الحد الأدنى لجهد الإمداد. 1.19 [جوروشكوف بي آي].

إن أنواع ثنائيات الزينر ونظائرها التي تمت مناقشتها سابقًا لا تسمح بالتنظيم السلس لجهد التثبيت. لحل هذه المشكلة، يتم استخدام دوائر المثبتات المتوازية القابلة للتعديل، على غرار ثنائيات الزينر (الشكل 1.20، 1.21).

يتيح لك التناظرية لصمام ثنائي زينر (الشكل 1.20) تغيير جهد الخرج بسلاسة في النطاق من 2.1 إلى 20 فولت [R 9 / 86-32). المقاومة الديناميكية لمثل هذا "الصمام الثنائي زينر" عند تيار حمل يصل إلى 5 مللي أمبير هي 20...50 أوم. ثبات درجة الحرارة منخفض (-3x10"3 1/درجة مئوية).

يسمح لك التناظرية ذات الجهد المنخفض لثنائي زينر (الشكل 1.21) بضبط أي جهد خرج في النطاق من 1.3 إلى 5 فولت. يتم تحديد جهد التثبيت بنسبة المقاومات R1 و R2. إن مقاومة الخرج لمثل هذا المثبت الموازي عند جهد 3.8 فولت قريبة من 1 أوم. يتم تحديد تيار الخرج من خلال معلمات ترانزستور الخرج ويمكن أن يصل إلى KT315 إلى 50... 100 مللي أمبير.

تظهر الدوائر الأصلية للحصول على جهد خرج ثابت في الشكل. 1.22 و 1.23. الجهاز (الشكل 1.22) هو نظير لثنائي زينر متماثل [E 9/91]. بالنسبة لمثبت الجهد المنخفض (الشكل 1.23)، يكون عامل تثبيت الجهد 10، ولا يتجاوز تيار الخرج 5 مللي أمبير، وتتراوح مقاومة الخرج من 1 إلى 20 أوم.

نظير لثنائي زينر من النوع التفاضلي المنخفض الجهد في الشكل. 1.24 زاد فيه الثبات [ص6/69-60]. يعتمد جهد الخرج الخاص به قليلًا على درجة الحرارة ويتم تحديده من خلال الفرق في جهد التثبيت لثنائيات زينر. يتم تفسير زيادة ثبات درجة الحرارة بحقيقة أنه عندما تتغير درجة الحرارة، يتغير الجهد الكهربي على كل من ثنائيات الزينر في وقت واحد وبنسب متقاربة.

الأدب: شوستوف م. تصميم الدوائر العملية (الكتاب الأول)، 2003

صمام ثنائي زينر هو صمام ثنائي أشباه الموصلات ذو خصائص فريدة. إذا كان أشباه الموصلات العادية عازلًا عند إعادة تشغيله، فإنه يؤدي هذه الوظيفة حتى زيادة معينة في الجهد المطبق، وبعد ذلك يحدث انهيار عكسي يشبه الانهيار الجليدي. مع زيادة أخرى في التيار العكسي الذي يتدفق عبر صمام ثنائي الزينر، يستمر الجهد في البقاء ثابتًا بسبب الانخفاض النسبي في المقاومة. وبهذه الطريقة يمكن تحقيق نظام الاستقرار.

في الحالة المغلقة، يمر تيار تسرب صغير في البداية عبر صمام ثنائي الزينر. يتصرف العنصر مثل المقاوم، وقيمته عالية. أثناء الانهيار، تصبح مقاومة الصمام الثنائي الزينر ضئيلة. إذا استمرت في زيادة الجهد عند الإدخال، يبدأ العنصر في التسخين وعندما يتجاوز التيار القيمة المسموح بها، يحدث انهيار حراري لا رجعة فيه. إذا لم يصل الأمر إلى هذا الحد، فعندما يتغير الجهد من الصفر إلى الحد الأعلى لمنطقة العمل، يتم الحفاظ على خصائص صمام ثنائي الزينر.

عندما يتم تشغيل صمام ثنائي زينر مباشرة، فإن خصائصه لا تختلف عن الصمام الثنائي. عندما يتم توصيل الموجب بالمنطقة p والسالب بالمنطقة n، تكون مقاومة الوصلة منخفضة ويتدفق التيار بحرية عبرها. يزداد مع زيادة جهد الدخل.

صمام ثنائي الزينر هو صمام ثنائي خاص، متصل في الغالب في الاتجاه المعاكس. يكون العنصر في البداية في الحالة المغلقة. عند حدوث عطل كهربائي، يحافظ صمام ثنائي زينر الجهد على ثباته على مدى تيار واسع.

يتم تطبيق ناقص على الأنود، ويتم تطبيق زائد على الكاثود. بعد التثبيت (تحت النقطة 2)، يحدث ارتفاع في درجة الحرارة ويزداد احتمال فشل العنصر.

صفات

معلمات ثنائيات الزينر هي كما يلي:

U st - جهد التثبيت عند التيار المقنن I st؛
Ist min - الحد الأدنى الحالي لبداية الانهيار الكهربائي؛
Ist max - الحد الأقصى المسموح به للتيار ؛
TKN - معامل درجة الحرارة.

على عكس الصمام الثنائي التقليدي، فإن صمام ثنائي زينر هو جهاز أشباه الموصلات حيث تقع مناطق الانهيار الكهربائي والحراري بعيدًا عن بعضها البعض على خاصية الجهد الحالي.

يرتبط الحد الأقصى للتيار المسموح به بمعلمة يشار إليها غالبًا في الجداول - تبديد الطاقة:

P max = I st max ∙ U st.

يمكن أن يكون اعتماد تشغيل صمام ثنائي الزينر على درجة الحرارة إيجابيًا أو سلبيًا. من خلال ربط العناصر على التوالي بمعاملات ذات علامات مختلفة، يتم إنشاء ثنائيات زينر دقيقة مستقلة عن التسخين أو التبريد.

مخططات الاتصال

تتكون الدائرة النموذجية للمثبت البسيط من مقاومة الصابورة R b وصمام ثنائي زينر الذي يحول الحمل.

في بعض الحالات، يتم تعطيل الاستقرار.

إمداد المثبت بجهد عالي من مصدر الطاقة باستخدام مكثف مرشح عند الخرج. يمكن أن يؤدي ارتفاع التيار أثناء الشحن إلى فشل الصمام الثنائي الزينر أو تدمير المقاوم Rb.
سفك الأحمال. عند تطبيق أقصى جهد على المدخلات، قد يتجاوز تيار ديود الزينر القيمة المسموح بها، الأمر الذي سيؤدي إلى تسخينه وتدميره. من المهم هنا الالتزام بمنطقة العمل الآمنة لجواز السفر.
يتم تحديد المقاومة R b بشكل صغير بحيث يكون الصمام الثنائي الزينر عند أدنى قيمة ممكنة لجهد الإمداد والحد الأقصى للتيار المسموح به على الحمل في منطقة التحكم في التشغيل.

لحماية المثبت، دوائر حماية الثايرستور أو

يتم حساب المقاوم R b بالصيغة:

R b = (Upit - U nom)(I st + I n).

يتم تحديد تيار الصمام الثنائي Zener I st بين القيم القصوى والدنيا المسموح بها، اعتمادًا على جهد الإدخال U وتحميل التيار I n.

اختيار الثنائيات زينر

العناصر لها انتشار كبير في جهد التثبيت. للحصول على القيمة الدقيقة لـ U n، يتم اختيار ثنائيات زينر من نفس الدفعة. هناك أنواع ذات نطاق أضيق من المعلمات. لتبديد الطاقة العالية، يتم تثبيت العناصر على مشعات.

لحساب معلمات صمام ثنائي زينر، يلزم توفر بيانات أولية، على سبيل المثال، ما يلي:

U العرض = 12-15 فولت - جهد الدخل؛
U st = 9 V - الجهد المستقر.

تعتبر المعلمات نموذجية للأجهزة ذات استهلاك الطاقة المنخفض.

للحصول على جهد إدخال لا يقل عن 12 فولت، يتم تحديد تيار الحمل بحد أقصى - 100 مللي أمبير. باستخدام قانون أوم، يمكنك العثور على الحمل الكلي للدائرة:

R∑ = 12 فولت / 0.1 أ = 120 أوم.

إن انخفاض الجهد عبر ديود الزينر هو 9 فولت. بالنسبة لتيار 0.1 أمبير، فإن الحمل المكافئ سيكون:

مكافئ = 9 فولت / 0.1 أ = 90 أوم.

الآن يمكنك تحديد مقاومة الصابورة:

R ب = 120 أوم - 90 أوم = 30 أوم.

يتم تحديده من السلسلة القياسية، حيث تتزامن القيمة مع القيمة المحسوبة.

يتم تحديد الحد الأقصى للتيار من خلال صمام ثنائي الزينر مع مراعاة فصل الحمل، بحيث لا يفشل في حالة فك أي سلك. انخفاض الجهد عبر المقاومة سيكون:

U R = 15 - 9 = 6 فولت.

ثم يتم تحديد التيار من خلال المقاوم:

أنا ص = 6/30 = 0.2 أ.

بما أن ثنائي الزينر متصل على التوالي، I c = I R = 0.2 A.

ستكون قدرة التبديد P = 0.2∙9 = 1.8 واط.

بناءً على المعلمات التي تم الحصول عليها، تم اختيار صمام ثنائي زينر D815V مناسب.

ديود زينر متماثل

الثايرستور الثنائي المتماثل هو جهاز تبديل يقوم بتوصيل التيار المتردد. خصوصية تشغيله هو انخفاض الجهد إلى عدة فولت عند تشغيله في حدود 30-50 فولت. ويمكن استبداله بثنائيات زينر تقليدية متصلة بالعداد. يتم استخدام الأجهزة كعناصر تبديل.

زينر ديود التناظرية

عندما لا يكون من الممكن اختيار العنصر المناسب، يتم استخدام التناظرية لثنائي زينر على الترانزستورات. ميزتها هي القدرة على تنظيم الجهد. ولهذا الغرض يمكن استخدام مضخمات التيار المستمر ذات المراحل المتعددة.

يتم تثبيت مقسم الجهد مع R1 عند الإدخال. إذا زاد جهد الدخل، فإنه يزيد أيضًا عند قاعدة الترانزستور VT1. في الوقت نفسه، يزداد التيار من خلال الترانزستور VT2، مما يعوض الزيادة في الجهد، وبالتالي الحفاظ على استقراره عند الخرج.

وضع علامات على الثنائيات زينر

ويتم إنتاج ثنائيات زينر الزجاجية وثنائيات زينر في العلب البلاستيكية. في الحالة الأولى، يتم تطبيق رقمين بينهما يقع الحرف V. النقش 9V1 يعني أن U st = 9.1 V.

يتم فك رموز النقوش الموجودة على العلبة البلاستيكية باستخدام ورقة بيانات، حيث يمكنك أيضًا معرفة المعلمات الأخرى.

تشير الحلقة الداكنة الموجودة على الجسم إلى الكاثود الذي يتصل به الزائد.

خاتمة

صمام ثنائي زينر هو صمام ثنائي ذو خصائص خاصة. تتمثل ميزة ثنائيات الزينر في المستوى العالي من تثبيت الجهد عبر نطاق واسع من التغييرات في تيار التشغيل، بالإضافة إلى مخططات التوصيل البسيطة. لتحقيق الاستقرار في الجهد المنخفض، يتم تشغيل الأجهزة في الاتجاه الأمامي، وتبدأ في العمل مثل الثنائيات العادية.

يقترح القراء-

تناظري ~ قوي

لتحقيق الاستقرار في جهد إمداد الحمل، غالبًا ما يستخدمون أبسط مثبت حدودي (الشكل 1)، حيث يتم توفير الطاقة من المقوم من خلال مقاوم الصابورة، ويتم توصيل صمام ثنائي زينر بالتوازي مع الحمل.

يعمل هذا المثبت عند تيارات حمل لا تتجاوز الحد الأقصى لتيار التثبيت لمثبت معين. وإذا كان تيار الحمل أعلى بكثير، فإنهم يستخدمون صمام ثنائي زينر أكثر قوة، على سبيل المثال، سلسلة D815، والتي تسمح بحد استقرار قدره 1...1.4 أمبير (D815A).

إذا لم يكن مثل هذا الصمام الثنائي زينر متاحًا، فسيتم استخدام صمام ثنائي منخفض الطاقة، ولكن يجب استخدامه مع ترانزستور قوي، كما هو موضح في الشكل. 2. والنتيجة هي تماثل لصمام ثنائي زينر قوي، مما يوفر جهدًا مستقرًا إلى حد ما عبر الحمل حتى عند تيار قدره 2 أ، على الرغم من أن الحد الأقصى لتيار التثبيت لمثبت KS147A المشار إليه في الرسم البياني هو 58 مللي أمبير.

التناظرية تعمل مثل هذا. طالما أن جهد الإمداد القادم من المقوم أقل من جهد الانهيار لثنائي زينر، يكون الترانزستور مغلقًا، ويكون التيار عبر التناظري ضئيلًا (الفرع الأفقي المباشر لخاصية فولت أمبير للتناظرية الموضحة في الشكل 3) مع زيادة جهد الإمداد، ينكسر صمام ثنائي الزينر، ويبدأ التيار بالتدفق من خلاله وينفتح الترانزستور قليلاً (isog-).

ديود زينر

الجوز جزء من السمة). تؤدي الزيادة الإضافية في جهد الإمداد إلى زيادة حادة في التيار من خلال الصمام الثنائي الزينر والترانزستور، وبالتالي استقرار جهد الخرج عند قيمة معينة (الفرع الرأسي للخاصية)، كما هو الحال في المثبت البارامتري التقليدي.

يتم تحقيق تأثير التثبيت نظرًا لحقيقة أنه في وضع الانهيار يتمتع صمام ثنائي الزينر بمقاومة تفاضلية منخفضة ويتم تنفيذ ردود فعل سلبية عميقة من مجمع الترانزستور إلى قاعدته. لذلك، مع انخفاض جهد الخرج، سينخفض التيار عبر صمام ثنائي الزينر وقاعدة الترانزستور، مما سيؤدي إلى انخفاض أكبر بكثير (عدة مرات)

تيار المجمع، وهو ما يعني زيادة في الجهد الناتج. عندما يزيد جهد الخرج، سيتم ملاحظة العملية العكسية -

يتم تحديد قيمة جهد الخرج المستقر من خلال جمع جهد التثبيت لثنائي الزينر مع جهد وصلة الباعث للترانزستور المفتوح (^0.7 فولت لترانزستور السيليكون و 0.3 فولت لترانزستور الجرمانيوم). سيكون الحد الأقصى لتيار التثبيت التناظري أعلى تقريبًا من نفس المستوى

معلمة ثنائي الزينر المستخدم. وبناء على ذلك، فإن تبديد الطاقة على الترانزستور سيكون بنفس عدد المرات أكبر من الطاقة الموجودة على صمام ثنائي الزينر.

من السهل أن نستنتج من العلاقات المذكورة أعلاه أن معامل النقل الثابت للترانزستور القوي يجب أن لا يقل عن حاصل قسمة الحد الأقصى لاستهلاك تيار الحمل على أقصى تيار تثبيت لثنائي الزينر. يجب أن يتجاوز الحد الأقصى المسموح به لتيار المجمع للترانزستور والجهد بين المجمع والباعث تيار التثبيت التناظري المحدد وجهد الخرج، على التوالي.

عند استخدام ترانزستور ذو بنية pnp، يجب توصيله وفقًا لما هو موضح في الشكل. 4 مخطط. في هذا النموذج، يمكن تركيب الترانزستور مباشرة على هيكل الهيكل المزود بالطاقة، ويمكن تركيب الأجزاء المتبقية من التناظرية على أطراف الترانزستور.

لتقليل تموج جهد الخرج وتقليل المقاومة التفاضلية للنظير، يمكن توصيل مكثف أكسيد بسعة 100..500 ميكروفاراد على التوازي مع أطراف الصمام الثنائي الزينر.

في الختام، قليلا عن معامل الجهد درجة الحرارة (TCV) من التناظرية. عند استخدام ثنائيات زينر الدقيقة من سلسلة D818، KS191، سيكون نظير TKN أسوأ بكثير من صمام ثنائي زينر TKN. إذا تم استخدام صمام ثنائي زينر بجهد تثبيت يزيد عن 16 فولت، فإن TKN الخاص بالنظير سيكون مساويًا تقريبًا لـ TKN الخاص بصمام الثنائي زينر، ومع ثنائيات الزينر D808 - D814 سوف يتحسن TKN الخاص بالنظير.

آي كورسكي

من المحرر. المقال الذي كتبه I. Kursky لا يثير مسألة اختيار مقاوم الصابورة، مع الأخذ في الاعتبار أن لديك بالفعل دائرة استقرار حدودية وتحتاج فقط إلى اختيار صمام ثنائي زينر قوي. إذا لم يكن هناك مثل هذه الدائرة، فاستخدم التوصيات لحساب مقاوم الصابورة الواردة في مقالة V. Krylov "مثبت الجهد البسيط" في الراديو، 1977، رقم 9، ص. 53، 54

على الرغم من أنه تم أثناء إعداد مخططات التجميع اختيار مخططات خاصة تستخدم العناصر الأكثر شيوعًا والمتاحة على نطاق واسع ورخيصة، إلا أنه لن يكون من الخطأ الإشارة إلى ترتيب استخدام العناصر الأخرى التي تحل محل العناصر المفقودة بالتساوي أو بنجاح كبير.

عند استبدال عنصر بآخر، يوصى أولاً باستخدام الأدبيات المرجعية. في ملحق موجز، حتى لو رغب المرء في ذلك، من المستحيل سرد جميع الخيارات الممكنة لاستبدال العناصر، لأن هناك أكثر من عشرة أسماء لثنائيات أشباه الموصلات وحدها. ومع ذلك، من الممكن إعطاء نهج عام حول إمكانية استخدام بعض عناصر الجهاز بدلاً من عناصر أخرى.

لنبدأ مع الثنائيات أشباه الموصلات. تقليديًا، يتم تقسيم جميع ثنائيات أشباه الموصلات المستخدمة في المجموعة إلى ثنائيات الجرمانيوم عالية التردد منخفضة الطاقة (الثنائيات من النوع D9B - D9Zh)، ونبض السيليكون منخفض الطاقة (عالي التردد) - KD503A والسيليكون (منخفض التردد) - KD102A ( ب). الحرف الموجود في لاحقة (نهاية) تسمية العنصر (A، B، C، وما إلى ذلك) يعني نوعًا مختلفًا من النموذج الأساسي، يختلف بطريقة ما عن الباقي.

في المنشورات الأجنبية، غالبًا ما يتم تحديد الثنائيات ذات الأغراض العامة بطريقة واحدة: وهي ثنائيات عالمية منخفضة التردد أو عالية التردد من الجرمانيوم أو السيليكون. ما لم يحدد التصميم متطلبات خاصة للدايودات فإن الحد الأدنى من المتطلبات لها هي:

ثنائيات الجرمانيوم أو السيليكون عالية التردد - مع أقصى جهد عكسي لا يقل عن 30 فولت (فيما يتعلق بدوائر التجميع - حتى 15 فولت)، وتيار أمامي لا يقل عن 10 مللي أمبير. تردد التشغيل - لا يقل عن عدة ميغاهيرتز.

ثنائيات الجرمانيوم عالية التردد: D9B - D9Zh؛ GD402 (1D402); GD507؛ جي دي508\جي دي511و اخرين.

تبديل الثنائيات السيليكون: 503 د.ك (2D503)؛ KD504 \ KD509 - KD512] KD514; 520 د.ك - 522 د.ك وغيرها.

الثنائيات (الطاقة) منخفضة التردد - مع أقصى جهد عكسي لا يقل عن 300 فولت، وتيار أمامي لا يقل عن 100 مللي أمبير. تردد التشغيل - لا يقل عن عدة كيلو هرتز.

ثنائيات السيليكون ذات التردد المنخفض: KD102 - KD105\D226 وغيرها بجهد تشغيل لا يقل عن الجهد المستخدم في دائرة معينة.

بالطبع، يمكن لأجهزة أشباه الموصلات التي تتمتع بأداء أعلى وغالبًا ما تكون أكثر تكلفة (المصممة لتيار تشغيل أعلى، وأقصى تردد أعلى، وجهد عكسي أعلى، وما إلى ذلك) أن تحل محل الصمام الثنائي الموصى به في المجموعة بنجاح، وهو صمام ثنائي قديم الطراز.

عند استبدال ثنائيات الزينر، عليك أولاً الانتباه إلى جهد التثبيت. تستخدم جميع دوائر التجميع في الغالب ثنائيات زينر منخفضة الطاقة. حاليًا، تتوفر مجموعة واسعة من ثنائيات الزينر المختلفة، والتي غالبًا ما تكون قابلة للتبديل دون أي تحفظات. كما ذكرنا سابقًا في أحد أقسام الكتاب، انظر الفصل الأول، يمكن أن يتكون ثنائي زينر لأي جهد متزايد أو غير قياسي من ثنائيات زينر أخرى متصلة على التوالي، أو مزيجها مع سلسلة من الجرمانيوم المتحيز للأمام و (أو) ثنائيات السيليكون.

تمت مناقشة قضايا الاستبدال الكامل لأجهزة أشباه الموصلات أيضًا في الفصل الأول.

عند استبدال الترانزستورات، يجب أن تسترشد بما يلي. بالنسبة لهذه الأجهزة، يوجد أيضًا تقسيم إلى ترانزستورات السيليكون والجرمانيوم والتردد المنخفض والتردد العالي والطاقة العالية والترانزستورات منخفضة الطاقة وما إلى ذلك.

غالبًا ما تقدم هذه المجموعة الترانزستورات الأكثر شيوعًا التي تنتجها الصناعة لأكثر من 30 عامًا، وهي KT315 - هياكل p-p-p عالية التردد منخفضة الطاقة من السيليكون. المتضادات الهيكلية الخاصة بهم هي KT361. من بين ترانزستورات السيليكون عالية الطاقة، هذا هو هيكل KT805 p-p-p؛ الجرمانيوم منخفض الطاقة عالي التردد - GT311 (1T311) p-p-p ومتضاداتها هيكل p-p-p - GT313 (1T313). الخصائص الرئيسية لهذه الترانزستورات مذكورة أعلاه.

بالنسبة لجميع هذه الترانزستورات، هناك بالطبع مجموعة كبيرة من أجهزة أشباه الموصلات الزائدة والمكافئة ذات الصلة، والتي تختلف أحيانًا عن النموذج الأولي بالاسم فقط.

معايير الاستبدال الرئيسية هي كما يلي: الحد الأقصى لجهد التشغيل في مجمع الترانزستور، والحد الأقصى لتيار المجمع، والحد الأقصى من الطاقة المتبددة في المجمع، والحد الأقصى لتردد التشغيل، ومعامل نقل التيار. في كثير من الأحيان، بالنسبة للدوائر المعروضة في المجموعة، يكون حجم الجهد المتبقي للباعث المجمع وخصائص الضوضاء للترانزستور أمرًا مهمًا.

عند استبدال ترانزستور بآخر، لا ينبغي التقليل من أهمية أي من هذه المعلمات أو تفاقمها. في الوقت نفسه، بالمقارنة مع النماذج القديمة إلى حد ما من الترانزستورات، فإن أصنافها الحديثة لديها خصائص ممتصة تلقائيا وتطوريا، والتي تم تحسينها بشكل واضح مقارنة بأسلافها البعيدين.

لذلك، على سبيل المثال، يمكن استبدال الترانزستورات من النوع KT315 بترانزستورات أكثر تقدمًا من النوع KT3102 (ترانزستورات السيليكون عالية التردد منخفضة الضوضاء)، وKT645 (ترانزستورات أقوى صغيرة الحجم وعالية التردد)، وما إلى ذلك، والتي لها خصائص أفضل بشكل واضح.

يمكن استبدال ترانزستورات KT361 بترانزستورات من النوع KT3107 (ترانزستورات السيليكون عالية التردد منخفضة الضوضاء) أو غيرها من الأنواع المشابهة.

يمكن استبدال الترانزستورات القوية من النوع KT805 (2T805)، المستخدمة في دوائر التجميع بشكل رئيسي في مراحل إخراج ULF ومثبتات الجهد، دون الإضرار بتشغيل الدوائر عن طريق نظائرها، وترانزستورات سلسلة KTVxx (2T8xx) من هيكل p-p-p، حيث xx هو الرقم التسلسلي للتطوير. الاستثناءات لهذه السلسلة هي الترانزستورات KT809، KT812، KT826، KT828، KT838، KT839، KT846، KT856، إلخ.

تجدر الإشارة إلى أنه إذا ارتفعت درجة حرارة الترانزستور بشكل ملحوظ أثناء التشغيل، فهذا يعني أنه تم تحديد وضع التشغيل الخاص به بشكل غير صحيح، أو يتم استخدام مقاومات من تصنيفات أخرى، أو أن هناك خطأ في التثبيت. إذا تم توفير تشغيل الترانزستور بتيار مجمع متزايد من خلال ظروف التشغيل لدائرة معينة، وكان الترانزستور يسخن بشكل ملحوظ، فيجب عليك التفكير في استبدال هذا العنصر بعنصر أكثر قوة أو اتخاذ تدابير لتبريده. عادةً ما يسمح لك المبرد البسيط أو استخدام المروحة بزيادة الطاقة المسموح بها التي يتبددها عنصر أشباه الموصلات (الترانزستور أو الصمام الثنائي) بمقدار 10...15 مرة.

في بعض الأحيان يمكن استبدال جهاز واحد قوي من أشباه الموصلات (الصمام الثنائي أو الترانزستور) بأجهزة منخفضة الطاقة متصلة على التوازي. ومع ذلك، عند تضمين ذلك، يجب مراعاة ما يلي. نظرًا لأنه أثناء تصنيع أجهزة أشباه الموصلات، حتى من نفس دفعة الإنتاج، تختلف خصائصها بشكل ملحوظ، مع اتصال متوازي بسيط، يمكن توزيع الحمل عليها بشكل غير متساوٍ للغاية، مما سيؤدي إلى الإرهاق المتسلسل لهذه الأجهزة. لتوزيع التيارات بشكل موحد في الثنائيات والترانزستورات المتوازية، من الصعب تضمين مقاوم بمقاومة تتراوح من عدة إلى عشرات الأوم على التوالي مع الصمام الثنائي أو في دائرة باعث الترانزستور.

إذا كان من الضروري استخدام صمام ثنائي شبه موصل مصمم للجهد العالي، فيمكن إجراء الاستبدال عن طريق توصيل عدة صمامات ثنائية من نفس النوع، مصممة للجهد المنخفض، على التوالي. كما كان من قبل، لضمان التوزيع الموحد للجهد العكسي، وهو الأكثر خطورة على تشغيل مجموعة الصمام الثنائي، يجب توصيل المقاوم بمقاومة عدة مئات من كيلو أوم إلى عدة ميغا أوم بالتوازي مع كل من الثنائيات في المجموعة . بالطبع، مخططات اتصال مماثلة للترانزستورات معروفة أيضًا، لكنها نادرًا ما تستخدم. على أية حال، بالنسبة للدوائر المعروضة في المجموعة، لن تكون هناك حاجة إلى مثل هذه الاستبدالات، حيث أن جميع الدوائر مصممة في المقام الأول لإمدادات الطاقة ذات الجهد المنخفض.

عند استبدال الترانزستورات ذات التأثير الميداني، يكون الوضع أكثر تعقيدًا. على الرغم من أن ترانزستورات التأثير الميداني نفسها ظهرت على صفحات المجلات والكتب منذ فترة طويلة، إلا أن نطاقها ليس ممثلا للغاية، وانتشار المعلمات أكثر وضوحا. قد يكون استبدال الترانزستورات ذات التأثير الميداني الأجنبية الصنع أمرًا صعبًا بشكل خاص. أما بالنسبة لدوائر المجموعة، كما ذكرنا سابقًا، فهي تستخدم فقط العناصر التي يسهل الوصول إليها، بما في ذلك الترانزستورات ذات التأثير الميداني.

في المخططات المعروضة على صفحات المجموعة، نواجه مرارًا وتكرارًا استخدام كبسولات الهاتف لغرض غير عادي إلى حد ما - في نفس الوقت مثل الدوائر المتذبذبة منخفضة التردد وبواعث الصوت. في الأساس، يتم استخدام المنتجات القياسية والمستخدمة على نطاق واسع مثل كبسولات الهاتف. وهي عبارة عن كبسولة هاتف من نوع TK-67، تُستخدم في أجهزة الهاتف المنتجة محليًا، وسماعة أذن من نوع TM-2 (TM-4)، تُستخدم عادةً في أجهزة ضعاف السمع. بالطبع، يمكن استبدال كبسولات الهاتف هذه بكبسولات محلية أو أجنبية أخرى لها خصائص مماثلة، ومع ذلك، في بعض الحالات، قد يكون من الضروري اختيار سعة المكثف (على سبيل المثال، إذا كانت كبسولة الهاتف هذه تحتوي على ذبذبة رنين منخفضة التردد دائرة كهربائية).