دیود زنر چیست و چگونه کار می کند؟

دیود زنر یکی از المان‌های بسیار پرکاربرد در مدارات الکترونیک است و هر طراح الکترونیک باید به طور دقیق بداند که دیود زنر چیست و متناسب با نیاز خود بهترین دیود زنر را خریداری کند. در این مقاله به طور کامل با مفهوم دیود زنر، کاربرد و انواع دیود زنر آشنا می‌شوید. 

دیود زنر چیست ؟

دیودهای زنر قطعات نیمه هادی هستند که اجازه عبور جریان در هر دو جهت را ممکن می‌سازند، اما به صورت ویژه برای عبور جریان معکوس توسعه یافته‌اند. دیودهای زنر که به عنوان دیودهای شکست نیز شناخته می‌شوند، رایج ترین قطعات الکترونیکی هستند که به عنوان مرجع ولتاژ پایدار برای مدارهای الکترونیکی استفاده می شوند.

فیزیکدان آمریکایی، دکتر کلارنس ملوین زنر، برای اولین بار خواص الکترونیکی دیودهای زنر را در حین تحقیق در مورد مکانیسم‌های تجزیه مواد نیمه هادی توصیف کرد. او به عنوان یک فیزیکدان نظری در آزمایشگاه‌ بل در نیوجرسی، یک مقاله تحقیقاتی نوشت که بعداً در سال 1934 منتشر شد و نوعی شکست الکتریکی را شناسایی کرد که بعداً به عنوان اثر زنر شناخته شد. این فرآیند خاص در سال‌های بعد به افتخار او به نام وی نامگذاری شد.

 

خرید دیود زنر از فروشگاه اینترنتی قطعات الکترونیک (لیون الکترونیک)

 

عملکرد دیود زنر

جریان عبوری از دیود در بایاس معکوس اثر زنر نامیده می شود. هنگامی که مقدار ولتاژ در بایاس معکوس به اندازه ولتاژ زنر برسد، باعث ایجاد شکست در دیود می‌شود و جریان در جهت معکوس در دیود زنر شروع به افزایش می‌کند. دیودهای زنر به صورت منحصر به فردی از یک اتصال P-N به شدت دوپ شده (دارای ناخالصی در عنصر N و P برای ایجاد الکترون و حفره بیشتر) تشکیل شده‌اند که اجازه می‌دهد جریان در هنگام رسیدن ولتاژ به مقدار آستانه ولتاژ زنر به صورت معکوس جریان یابد.

 

 یک ولتاژ بالاتر از مقدار Vz ، می‌تواند جریان را به طور مداوم در بایاس معکوس بدون آسیب رساندن جاری کند. این جریان باید توسط یک مقاومت سری با دیود زنر کنترل و تثبیت گردد، تا از آسیب به دیود جلوگیری گردد. خاصیت ثابت ماندن ولتاژ زنر در بایاس معکوس، دیودهای زنر را برای کاربرد به عنوان تنظیم کننده ولتاژ مناسب می‌سازد.

در یک دیود نیمه هادی، اصطلاح شکست به معنای اتصال کوتاه دیود است. همانطور که می دانیم دیود جریان الکتریکی را تنها در یک جهت (جهت رو به جلو) اجازه می‌دهد و جریان را در جهت معکوس مسدود می کند. اما زمانی که ولتاژ اعمال شده در جهت معکوس از یک حد (به نام ولتاژ شکست) فراتر رود، دیود در جهت معکوس نیز شروع به هدایت می‌کند. به این مرحله خرابی در دیود می‌گویند.

 

 مقاله پیشنهادی لیون الکترونیک:  دیود tvs چیست و چگونه کار می کند

 

 

  

انواع شکست در پیوند‌های PN

برای درک بهتر عملکرد زنر بهتر است انواع شکست در پیوند PN را بدانیم. در یک پیوند PN دو نوع شکست زیر ممکن است رخ دهد.

-       شکست زنر

-       شکست بهمنی

در این مقاله، تمام تفاوت‌های مهم بین شکست زنر و شکست بهمنی را بررسی خواهیم کرد. اما، قبل از یادگیری در مورد تفاوت ها، یاد خواهیم گرفت که شکست در دیود زنر چیست و چه تفاوتی با شکست بهمنی دارد.

شکست زنری چیست؟

شکست اتصال PN در یک دیود نیمه هادی که به دلیل جریان الکترون‌های آزاد در سراسر منطقه پیوند رخ می‌دهد، شکست زنر نامیده می‌شود. شکست زنر عمدتاً در دیودهای به شدت دوپ شده که دارای ناحیه تخلیه نازکی هستند، رخ می دهد.

هنگامی که یک میدان الکتریکی زیاد در سراسر اتصال PN در جهت معکوس اعمال می‌شود، حامل‌های بار شروع به جریان در سراسر اتصال می‌کنند. در نتیجه جریان سنگینی در جهت معکوس از دیود عبور می‌کند. شکست Zener، یک شکست موقت اتصال PN در دیود است که دیود را از بین نمی‌برد. بنابراین، پس از حذف ولتاژ معکوس، اتصال PN حالت اولیه خود را به دست می آورد.

 

 

خرید انواع دیود و یکسو ساز از فروشگاه لیون الکترونیک

 

شکست بهمنی چیست؟

نوعی شکست اتصال PN که در آن میدان الکتریکی اعمال شده در جهت معکوس در سراسر دیود باعث افزایش سرعت حامل های بار می‌شود و این حامل‌های بار با برخورد با اتم های مواد نیمه هادی تعداد زیادی جفت حفره-الکترون ایجاد می‌کنند که شکست بهمنی می‌نامند.

در صورت بروز شکست بهمنی، تولید جفت حفره-الکترون پیوسته ادامه دارد و این باعث ایجاد بهمن جریان و از بین رفتن ناحیه شکست می‌گردد. بروز این شکست به طور دائم اتصال PN را از بین می‌برد.

ولتاژ معکوس اعمال شده که در آن شکست بهمن رخ می‌دهد، ولتاژ شکست بهمنی نامیده می‌شود. شکست بهمنی عمدتاً در دیودهای اتصال PN که دارای ناحیه تخلیه ضخیم هستند، رخ می دهد. خرابی بهمن در دیود دائمی است، یعنی دیود نمی‌تواند دوباره حالت اولیه خود را به دست آورد.

 

تفاوت های شکست بهمنی و شکست زنری

تفاوت در مقدار ولتاژ : ولتاژ معکوسی که در آن شکست زنر رخ می دهد، ولتاژ زنر نامیده می‌شود و با VZ نشان داده می‌شود و مقدار آن معمولاً از 5 تا 8 ولت متغیر است. در مقابلذولتاژ معکوس که در آن شکست بهمنی اتفاق می افتد، ولتاژ شکست بهمنی نامیده می شود. مقدار ولتاژ شکست بهمنی معمولاً بیش از 8 ولت است و همیشه از ولتاژ زنر بیشتر است.

تفاوت در ناحیه تخلیه: شکست زنر در دیودهای اتصال PN که ناحیه تخلیه نسبتاً نازکی دارند، رخ می‌دهد. در مقابل شکست بهمنی در دیودهایی که دارای ناحیه تخلیه ضخیمی هستند، رخ می‌دهد.

تفاوت در خرابی پیوند: شکست زنر باعث خرابی پیوند نمی‌شود، ولی در مقابل شکست بهمنی باعث نابودی پیوند در دیود می‌گردد.

تفاوت در ولتاژ پس از شکست: در صورت بروز شکست زنری، هنگامی که شکست رخ می‌دهد، ولتاژ معکوس در دیود ثابت می‌گردد، ولی در مقابل ممکن است ولتاژ دیود پس از بروز شکست بهمنی تغییر کند.

ضریب دمایی ولتاژ: شکست زنر دارای ضریب دمایی منفی است، یعنی ولتاژ زنر با افزایش دما کاهش می‌یابد. در مقابل شکست بهمنی دارای ضریب دمایی مثبت است، به این معنی که ولتاژ شکست بهمنی با کاهش دما افزایش می یابد.

مقاله پیشنهادی لیون الکترونیک : دیود چگونه کار می کند 

نماد دیود زنر چیست

نماد دیود زنر بسیار شبیه به دیود معمولی است، با این تفاوت که لبه‌های خمیده‌ای روی نوار عمودی دارد. در دیود زنر، ترمینال کاتد با باندی بر روی آن مشخص می‌شود. دیود زنر را در شماتیک مدارات با Dz نمایش می‌دهند، حرف Z  نشان دهنده زنر بودن نوع دیود است. در اینجا مثالی از نماد دیود زنر آورده شده است:

 

مهمترین کاربرد های دیود زنر چیست

دیودهای زنر کاربرد گسترده‌ای در مدارات الکترونیکی دارند، در اینجا به اختصار چند نمونه از کاربردهای دیود زنر را در مدارات الکترونیک بیان می‌کنیم:

دیود زنر به عنوان یک تنظیم کننده یا تثبیت کننده ولتاژ : از دیود زنر برای ارائه یک ولتاژ ثابت به بار از منبعی که ولتاژ آن ممکن است در یک محدوده معین تغییر ‌کند، می‌توان استفاده کرد. نکته مهم در این کاربرد این است که نباید خروجی منبع ولتاژ به کمتر از ولتاژ شکست زنر برسد.

دیود زنر به عنوان یک عنصر مرجع ولتاژ : از دیود زنر می‌توان برای ساخت یک ولتاژ رفرنس برای تقویت کننده‌ها یا مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال استفاده کرد.

دیود زنر به عنوان یک سرکوب کننده ولتاژ : از دیود زنر می‌توان به عنوان یک قطعه برای محافظت از مدار در برابر افزایش ولتاژ گذرا استفاده کرد. بهتر است که در این مورد از دیودهای با سرعت بالا استفاده گردد.

دیود زنر به عنوان شکل دهنده موج : از دیود زنر می‌توان جهت کلمپ کردن یا محدود کردن دامنه یک سیگنال استفاده کرد.

تفاوت اصلی بین دیود زنر و دیود معمولی در این است که یک دیود زنر دارای ولتاژ شکست معکوس مشخص و معینی است که در برگه اطلاعات آن مشخص شده است، در حالی که یک دیود معمولی این مشخصه ولتاژ را ندارد.

هنگامی که ولتاژ معکوس از ولتاژ زنر بیشتر شود، یک دیود زنر می‌تواند در جهت معکوس هدایت کند، در حالی که یک دیود معمولی جریان معکوس را تا زمانی که آسیب نبیند، مسدود می‌کند. دیود زنر در مقایسه با دیود معمولی به شدت دوپ شده است که منجر به خرابی شدید و افت ولتاژ رو به جلو زیاد می‌شود.

دیود زنر را می‌توان برای کاربردهایی مانند تنظیم ولتاژ، عنصر مرجع، سرکوب نوسانات و شکل دهی موج استفاده کرد، در حالی که یک دیود معمولی می‌تواند برای کاربردهایی مانند یکسوسازی، برش، کلمپ و سوئیچینگ استفاده شود.

 

مقاله پیشنهادی لیون الکترونیک : دیود شاتکی چیست 

انواع دیود زنر

انواع گوناگونی از دیود زنر در بازار وجود دارد. دیودهای زنر را می‌توان بر اساس تلورانس در مقدار ولتاژ شکست به دو دسته دیودهای زنر دقیق و دیودهای زنر معمولی تقسیم بندی کرد. همچنین دیودهای زنر را در ولتاژ های متنوع از 2.4 ولت تا چند صد ولت را می‌توان در بازار یافت.

پارامتر دیگری که در دیودهای زنر دارای تنوع  بالایی است، توان تلفاتی مجاز دیود است، دیود های زنر از با توان تلفاتی حدود 100 میلی وات تا چند صد وات در بازار یافت می‌شود و دیودهای زنر در پکیج‌های متنوع THT و SM، در بازار وجود دارند.

سخن پایانی

دیود زنر یکی از المان‌های بسیار پرکاربرد در مدارات الکترونیک است. از این دیود در کاربردهای محافظتی و ساخت ولتاژ رفرنس و بسیاری کاربردهای دیگر استفاده می‌گردد. هر طراح الکترونیک باید بتواند با توجه به نیاز مدار خود دیود زنر مناسب را انتخاب و تهیه کند. فروشگاه لیون الکترونیک رنج کاملی از دیودهای زنر را در فروشگاه خود موجود کرده که می‌تواند طیف وسیعی از نیازهای شما را پاسخ دهد. همچنین در صورتی که قطعه مورد نظر خود را در بازار ایران نیافتید، لیون الکترونیک می‌تواند قطعه مورد نظر شما را در کوتاه‌ترین زمان ممکن از طریق واردات قطعات الکترونیکی برای شما تامین کند.