ลักษณะการแยกย่อยซีเนอร์ไดโอด

สัญลักษณ์สำหรับซีเนอร์ไดโอดแสดงในรูปด้านล่าง แทนที่จะใช้เส้นตรงแทนแคโทด ไดโอดซีเนอร์จะมีเส้นงอที่ทำให้คุณนึกถึงตัวอักษร Z (สำหรับซีเนอร์) ซีเนอร์ไดโอดเป็นอุปกรณ์ชุมทางซิลิกอน pn ที่ออกแบบมาสำหรับการทำงานในพื้นที่พังทลายย้อนกลับ แรงดันพังทลายของซีเนอร์ไดโอดถูกกำหนดโดยการควบคุมระดับยาสลบอย่างระมัดระวังในระหว่างการผลิต จากการอภิปรายเกี่ยวกับเส้นโค้งลักษณะเฉพาะของไดโอดในบทความที่แล้ว เมื่อไดโอดถึงการสลายแบบย้อนกลับ แรงดันไฟจะยังคงเกือบคงที่แม้ว่ากระแสจะเปลี่ยนแปลงอย่างมาก และนี่คือกุญแจสำคัญในการทำงานของซีเนอร์ไดโอด ลักษณะเฉพาะของโวลต์-แอมแปร์นี้แสดงอีกครั้งใน รูปด้านล่าง โดยมีขอบเขตการทำงานปกติสำหรับซีเนอร์ไดโอดที่แสดงเป็นพื้นที่แรเงา Zener Breakdown ซีเนอร์ไดโอดได้รับการออกแบบมาให้ทำงานในแบบย้อนกลับ การแยกย่อยแบบย้อนกลับสองประเภทในซีเนอร์ไดโอดคือหิมะถล่มและซีเนอร์ เอฟเฟกต์หิมะถล่มเกิดขึ้นในทั้งวงจรเรียงกระแสและไดโอดซีเนอร์ที่แรงดันย้อนกลับสูงเพียงพอ การแยกซีเนอร์เกิดขึ้นในซีเนอร์ไดโอดที่แรงดันย้อนกลับต่ำ ซีเนอร์ไดโอดถูกเจืออย่างหนักเพื่อลดแรงดันพังทลาย ทำให้เกิดพื้นที่พร่องที่บางมาก เป็นผลให้มีสนามไฟฟ้าที่รุนแรงอยู่ภายในบริเวณพร่อง ใกล้กับแรงดันพังทลายของซีเนอร์ (V) สนามมีความเข้มข้นเพียงพอที่จะดึงอิเล็กตรอนจากแถบเวเลนซ์ของพวกมันและสร้างกระแส ซีเนอร์ไดโอดที่มีแรงดันพังทลายน้อยกว่า 5 V โดยประมาณทำงานอย่างเด่นชัดในการสลายซีเนอร์ ไฟฟ้าที่มีแรงดันพังทลายมากกว่า 5 V โดยประมาณจะทำงานอย่างเด่นชัดในการพังทลายของหิมะถล่ม อย่างไรก็ตามทั้งสองประเภทเรียกว่าซีเนอร์ไดโอด ซีเนอร์มีจำหน่ายในท้องตลาดโดยมีแรงดันพังทลายตั้งแต่น้อยกว่า 1 V ถึงมากกว่า 250 V โดยมีค่าความคลาดเคลื่อนที่กำหนดตั้งแต่ 1% ถึง 20% ลักษณะเฉพาะของ Zener Breakdown รูปด้านล่างแสดงส่วนย้อนกลับของเส้นโค้งลักษณะเฉพาะของซีเนอร์ไดโอด สังเกตว่าเมื่อแรงดันย้อนกลับ (VR) เพิ่มขึ้น กระแสไฟย้อนกลับ (IR) จะยังคงเล็กมากจนถึง "เข่า" ของเส้นโค้ง กระแสย้อนกลับเรียกอีกอย่างว่ากระแสซีเนอร์ IZ ณ จุดนี้ เอฟเฟกต์การแยกย่อยเริ่มต้นขึ้น ความต้านทานซีเนอร์ภายในหรือที่เรียกว่าซีเนอร์อิมพีแดนซ์ (ZZ) เริ่มลดลงเมื่อกระแสย้อนกลับเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว จากด้านล่างของหัวเข่า แรงดันพังทลายของซีเนอร์ (VZ) ยังคงที่โดยพื้นฐานแล้วแม้ว่าจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อกระแสซีเนอร์ IZ เพิ่มขึ้น รูป : ลักษณะย้อนกลับของซีเนอร์ไดโอด VZ มักจะระบุด้วยค่าของกระแสซีเนอร์ที่เรียกว่ากระแสทดสอบ ระเบียบ Zener ความสามารถในการรักษาแรงดันย้อนกลับข้ามขั้วของมันให้คงที่โดยพื้นฐานแล้วเป็นคุณสมบัติหลักของซีเนอร์ไดโอด ซีเนอร์ไดโอดที่ทำงานในลักษณะสลายทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า เนื่องจากรักษาแรงดันไฟฟ้าที่เกือบคงที่ตลอดขั้วของมันในช่วงค่ากระแสย้อนกลับที่ระบุ ต้องรักษาค่าต่ำสุดของกระแสย้อนกลับ IZK เพื่อให้ไดโอดพังเพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้า คุณสามารถเห็นเส้นโค้งในรูปด้านบนว่าเมื่อกระแสย้อนกลับลดลงต่ำกว่าเข่าของเส้นโค้ง แรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างมากและการควบคุมจะหายไป นอกจากนี้ยังมีกระแสไฟสูงสุด IZM ซึ่งสูงกว่าที่ไดโอดอาจเสียหายเนื่องจากการกระจายพลังงานมากเกินไป ดังนั้น โดยพื้นฐานแล้ว ซีเนอร์ไดโอดจะรักษาแรงดันไฟฟ้าที่เกือบคงที่ตลอดขั้วของมัน สำหรับค่าของกระแสย้อนกลับตั้งแต่ IZK ถึง IZM แรงดันซีเนอร์ระบุ VZ มักจะระบุไว้ในแผ่นข้อมูลที่ค่าของกระแสย้อนกลับที่เรียกว่ากระแสทดสอบซีเนอร์ วงจรเทียบเท่าซีเนอร์ รูปด้านล่างแสดงแบบจำลองในอุดมคติ (การประมาณครั้งแรก) ของซีเนอร์ไดโอดในการสลายแบบย้อนกลับและเส้นโค้งลักษณะเฉพาะในอุดมคติ มีแรงดันตกคงที่เท่ากับแรงดันซีเนอร์เล็กน้อย แรงดันตกคร่อมซีเนอร์ไดโอดที่เกิดจากการสลายแบบย้อนกลับจะแสดงด้วยสัญลักษณ์แรงดันไฟตรง แม้ว่าซีเนอร์ไดโอดจะไม่สร้างแรงดันไฟฟ้าก็ตาม รูป : โมเดลวงจรสมมูลซีเนอร์ไดโอดในอุดมคติและเส้นโค้งลักษณะเฉพาะ ด้านล่าง รูปที่ (a) แสดงถึงแบบจำลองที่ใช้งานได้จริง (การประมาณครั้งที่สอง) ของซีเนอร์ไดโอด ซึ่งรวมอิมพีแดนซ์ของซีเนอร์ (ความต้านทาน) ZZ ไว้ด้วย เนื่องจากเส้นโค้งแรงดันไฟฟ้าจริงไม่อยู่ในแนวตั้ง การเปลี่ยนแปลงของกระแสซีเนอร์ (ΔIZ) ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในแรงดันซีเนอร์ (ΔVZ) ดังที่แสดงในรูปด้านล่าง (b) ตามกฎของโอห์ม อัตราส่วนของ ΔVZ ต่อ ΔIZ คืออิมพีแดนซ์ ดังแสดงในสมการต่อไปนี้ โดยปกติ ZZ จะถูกระบุที่กระแสทดสอบซีเนอร์ ในกรณีส่วนใหญ่ คุณสามารถสรุปได้ว่า ZZ เป็นค่าคงที่ขนาดเล็กในช่วงค่าปัจจุบันของซีเนอร์ทั้งหมดและเป็นค่าความต้านทานอย่างหมดจด ทางที่ดีควรหลีกเลี่ยงการใช้ซีเนอร์ไดโอดใกล้กับหัวเข่าของส่วนโค้ง เนื่องจากอิมพีแดนซ์เปลี่ยนแปลงอย่างมากในบริเวณนั้น รูป : วงจรสมมูลซีเนอร์ไดโอดที่ใช้งานได้จริงและเส้นโค้งลักษณะเฉพาะที่แสดง ZZ สำหรับงานวิเคราะห์และแก้ไขปัญหาวงจรส่วนใหญ่ โมเดลในอุดมคติจะให้ผลลัพธ์ที่ดีมากและใช้งานง่ายกว่ารุ่นที่ซับซ้อนกว่ามาก เมื่อซีเนอร์ไดโอดทำงานตามปกติ ไดโอดดังกล่าวจะเกิดการสลายแบบย้อนกลับ และคุณควรสังเกตแรงดันพังทลายเล็กน้อยที่ขวางไว้ แผนผังส่วนใหญ่จะระบุในภาพวาดว่าแรงดันไฟฟ้านี้ควรเป็นเท่าใด การใช้งานหลักสำหรับซีเนอร์ไดโอดคือตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าประเภทหนึ่งเพื่อให้แรงดันอ้างอิงที่เสถียรสำหรับใช้ในอุปกรณ์จ่ายไฟ โวลต์มิเตอร์ และเครื่องมืออื่นๆ แรงดันพังทลายของซีเนอร์ไดโอด มีกลไกที่แตกต่างกันสองแบบเนื่องจากการสลายอาจเกิดขึ้นในซีเนอร์ไดโอด ข้อมูลเหล่านี้แสดงไว้ด้านล่าง การแยกย่อย Zener การแยกย่อย Avalanche การสลายที่แตกต่างกันมักจะสร้างความแตกต่างบนพื้นฐานของความเข้มข้นของยาสลบ เมื่อจุดเชื่อมต่อ PN ถูกเจืออย่างสูง การสลายของซีเนอร์จะเกิดขึ้นในขณะที่การสลายของหิมะถล่มจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อจุดเชื่อมต่อ PN ถูกเจือด้วยเพียงเล็กน้อยเท่านั้น 1. การแยกย่อยของซีเนอร์ : การสลายของซีเนอร์เกิดขึ้นเมื่อแรงดันไบแอสย้อนกลับข้ามทางแยก pn นั้นสูงเพียงพอ ดังนั้นสนามไฟฟ้าที่เกิดที่ทางแยกจะส่งแรงขนาดใหญ่บนอิเล็กตรอนที่ถูกผูกไว้เพื่อฉีกออกจากพันธะโควาเลนต์ ดังนั้นการแตกโดยตรงของขอบเขตโควาเลนต์ทำให้เกิดคู่อิเล็กตรอน-รูจำนวนมาก ซึ่งจะเป็นการเพิ่มกระแสย้อนกลับ กระบวนการนี้เรียกว่าการแยกย่อยของซีเนอร์ เนื่องจากแรงดันพังทลายลดลงเมื่ออุณหภูมิทางแยกเพิ่มขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบ 2. การพังทลายของหิมะถล่ม : ตัวพาที่สร้างจากความร้อนจะตกลงมาที่แผงกั้นทางแยกและรับพลังงานจากศักย์ที่ใช้ ตัวพานี้ชนกับคริสตัลไอออนและให้พลังงานเพียงพอที่จะรบกวนพันธะโควาเลนต์ นอกจากตัวพาดั้งเดิมแล้ว ยังมีการสร้างคู่อิเล็กตรอน-รูใหม่อีกด้วย สารพาหะนี้อาจดึงพลังงานที่เพียงพอจากสนามที่นำไปใช้ ชนกับคริสตัลไอออนอีกตัวหนึ่ง และยังคงสร้างคู่อิเล็กตรอน-รูอีกคู่หนึ่ง กระบวนการนี้เรียกว่าการคูณของ Avalanches ในกรณีนี้แรงดันพังทลายจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ซีเนอร์ไดโอดมีช่วงแรงดันพังตั้งแต่ 3V ถึง 200 V แอพพลิเคชั่นซีเนอร์ไดโอด แอพพลิเคชั่นต่างๆ ของซีเนอร์ไดโอดนั้นอยู่ในวงจรป้องกันต่างๆ ในซีเนอร์ลิมิตเตอร์ เช่น วงจรตัดวงจรซึ่งใช้เพื่อตัดส่วนที่ไม่ต้องการของรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้า เป็นองค์ประกอบควบคุมแรงดันไฟฟ้าในตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า

ฝากข้อความ 

รายการข้อความ