این خاصیت که در سال 1915 توسط کلارنس زنر کشف گردید باعث تولید دیود زنر شد. با توجه به اهمیت این قطعه، اگر می خواهید با این نوع دیود بیشتر آشنا شوید، در ادامه این مطلب از ونوس با ما همراه باشید تا به شما بگوییم دیود زنر چیست؟ چه کاربردی دارد و انواع آن کدام است.

دیود زنر چیست و عملکرد آن چگونه است؟

دیود زنر به نوع خاصی از دیود های نیمه هادی یک سو کننده گفته می شود که جریان را به یک سمت هدایت کرده و اگر ولتاژ به حد خاصی یعنی ولتاژ شکست برسد، اجازه می دهد تا جریان در جهت عکس حرکت کند. این نوع از دیود ها دارای توانایی کنترل خرابی ناشی از ولتاژ شکست معکوس، آن هم بدون خرابی کامل هستند و می توانند به عنوان یک مرجع ولتاژ مورد استفاده قرار گیرند. دیود های zener علاوه بر اینکه جریان را در بایاس مستقیم عبور می دهند، در بایاس معکوس هم تا زمانی که ولتاژ نامی دیود از حد ولتاژ شکست بالاتر نرود، اجازه عبور جریان را می دهند.

دیود ها معمولاً در بسته های استوانه ای پلاستیکی یا شیشه ای در بازار وجود دارند که با یک نوار در یک طرف به منظور نشان دادن قطبیت مشخص می شوند. در یک دیود کاملاً ایده آل، جریان فقط می تواند در یک جهت آن هم از آند به کاتد یا از سمت مثبت به سمت منفی جریان پیدا کند که با نوار مشخص شده است.نماد شماتیک دیود زنر به صورت مثلثی است که به سمت میله ای اشاره دارد، یعنی جایی که جریان در همان جهت به سمت انتهای میله ای راه راه جریان پیدا می کند.پیشنهاد می‌شود اگر میخواهید درباره ی مقاومت الکتریکی اطلاعات کسب کنید، مقاله دیگر ما درباره مقاومت الکتریکی چیست را بخوانید.

در خصوص عملکرد دیود زنر می تواند گفت:

هنگامی که ولتاژ معکوس به محل اتصال PN یک دیود اعمال می شود، یک شکست سریع به وجود می آید که این امر جریان را معکوس می کند. تغییر جهت جریان باعث سرعت الکترون های ظرفیت در میدان الکتریکی اعمال شده، می گردد به اندازه ای که آن ها را آزاد کند. به دلیل اینکه دیود زند راهکار های مناسبی را برای نیاز های متعدد در طراحی مدار دیود زنر ارائه می دهد، به عنوان یکی از کارآمدترین و بهترین قطعات الکترونیکی محسوب می شود.عملکرد دیود زنر در واقع همانند عملکرد یک دیود معمولی است که از یک اتصال PN سیلیکونی تشکیل شده و تا زمانی که آند نسبت به کاتد مثبت و بایاس مستقیم شود، همانند یک دیود با سیگنال معمولی که جریان را عبور می دهد، رفتار خواهد نمود.

در یک دیود معمولی در زمان بایاس معکوس، همواره کاتد از آند مثبت تر بوده و دیود هر جریانی را از خود مسدود می کند، این در حالی است که در یک دیود زنر به محض رسیدن ولتاژ معکوس به اندازه مشخص و مقدار از پیش تعیین شده، دیود شروع به هدایت در جهت معکوس خواهد نمود. معمولاً دیود های زنر برای تنظیم ولتاژ به عنوان عناصر مرجع، مدار های محافظتی، مقاومت ها در عملیات کلیدزنی یا سوئیچینگ، مدار های برشگر و جهشی، پایدار کننده های ولتاژ و همچنین مدار های کلیپر مورد استفاده قرار می گیرند.

برق فشار قوی و ضعیف چیست؟ درباره اینها اطلاعات میخواهید پیشنهاد می‌شود مقاله دیگر ما درباره تابلو برق فشار ضعیف را بخوانید.

کاربرد دیود زنر چیست؟

در خصوص کاربرد دیود زنر می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• این قطعه به عنوان یک تنظیم کننده یا رگولاتور ولتاژ به کار می رود؛ یکی از رایج ترین کاربرد های دیود زنر این است که به عنوان تثبیت کننده مقدار ولتاژ در مدار های تنظیم کننده ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرد. این کاربرد دیود زنر تا حد زیادی به توانایی آن در حفظ ولتاژ ثابتی بستگی دارد که مستقل از تغییرات جریان منبع و جریان بار است. عملکرد اصلی یک دستگاه تنظیم کننده ولتاژ فراهم کردن یک ولتاژ خروجی ثابت برای بار متصل موازی با آن بوده که این کار بدون ایجاد تغییرات در انرژی جذب شده به وسیله بار یا تغییرات و عدم ثبات در ولتاژ منبع بر روی عملکرد آن اثر می گذارد. دیود زنر می تواند ولتاژ ثابتی را فراهم کند، در حالی که جریان آن در محدوده ماکزیمم و مینیمم جریان معکوس باقی خواهد ماند.
•  این قطعه یک برش دهنده شکل موج است؛ یکی دیگر از موارد استفاده دیود های معمولی این است که در مدارات برش دهنده و جابه جا کننده سطح سیگنال به کار می روند. این مدارات برای شکل دادن یا اصلاح شکل موج ورودی AC یا سیگنال استفاده شده و باعث تولید اشکال مختلفی برای خروجی سیگنال می شوند که نوع این اشکال به نوع مدارات برش دهنده و جابه جا کننده آن ها بستگی دارد. به صورت کلی مدارت برش دهنده، مداراتی هستند که بدون هیچ گونه تغییری در سیگنال ورودی یا شکل موج، مانع از بالا رفتن سیگنال خروجی یک مدار نسبت به یک ولتاژ مشخص و از پیش تعیین شده می شوند.

این مدارات در کنار مدارات جابه جا کننده سطح سیگنال به طور گسترده در فرستنده های تلویزیون های آنالوگ و رادیو های FM به کار می روند تا از تداخل امواج یا مدارات جابه جا کننده سطح جلوگیری کنند و پیک های نویز را به وسیله برش پیک های بالا محدود کنند. در دیود های زنر تا زمانی که ولتاژ اعمال شده برابر با ولتاژ شکست نشود، این دیود ها رفتاری مشابه با دیود های معمولی داشته و در نتیجه مدارات برش دهنده از آن ها استفاده می کنند. مدارات برش دهنده را می توان به صورتی طراحی نمود تا سیگنال خروجی را در ناحیه مثبت و منفی یا هر دو ناحیه برش دهند.

• این قطعه می تواند یک شیفت دهنده یا انتقال دهنده ولتاژ باشد؛ ساده ترین کاربرد دیود زنر انتقال دهنده ولتاژ است. کار انتقال دهنده های ولتاژ تبدیل سیگنال از یک ولتاژ به ولتاژ دیگر بوده و دیود زنر به دلیل توانایی در ثابت نگه داشتن ولتاژ خروجی در ناحیه شکست خود، به عنوان یک قطعه ایده آل محسوب می شود که برای انتقال سطح سیگنال مورد استفاده قرار می گیرد. در مداری با یک دیود زنر در نقش انتقال دهنده ولتاژ، به وسیله مقداری برابر با ولتاژ شکست، این دیود های زنر خاص می تواند باعث پایین آوردن سطح ولتاژ خروجی مدار شود.

ولتاژ که به اختلاف پتانسیل الکتریکی یا فشار برق هم مشهور است برای اطلاعات بیشتر پیشنهاد می‌شود مقاله دیگر ما درباره ولتاژ چیست را بخوانید.

 

با انواع دیود زنر آشنا شوید

از جمله فاکتور هایی که همواره بر روی قیمت دیود زنر ها اثر مستقیم می گذارند، می توان به توان، دقت، سرعت و ولتاژ شکست اشاره نمود، بنابراین در هنگام انتخاب یک دیود بر اساس استفاده ای که قرار است شما از آن داشته باشید، لازم است به این موارد توجه نمایید. معمولاً دیود زنر ها را بر اساس پارامتر هایی که در ادامه به آن ها اشاره می کنیم، تقسیم بندی می شوند:

1. ولتاژ نامی؛ ولتاژ نامی دیود زنر که با نام ولتاژ شکست هم شناخته می شود، بر اساس کاربردی که در آن مورد استفاده قرار می گیرد، متفاوت است. ولتاژ کار این نوع دیود زنر مهم ترین فاکتوری خواهد بود که در انتخاب آن لازم است در نظر گرفته شود. دیود زنر با ولتاژ 4/2 تا 200 ولت تولید می شود که این ولتاژ می تواند تا یک کیلو ولت هم بالا برود، در حالی که ولتاژ نامی برای دیود زنر SMD حداکثر حدود 47 ولت است. (دیود SMD در واقع نوعی دیود نیمه هادی با پیوند P-N بوده و طراحی آن به گونه ای است که روی سطح مونتاژ شده و در ناحیه بایاس معکوس کار می کند و در الکترونیک به عنوان تثبیت کننده ولتاژ یا ولتاژ مبنا کاربرد های بسیاری دارد. )
2. اتلاف توان؛ این معیار نشان دهنده بیشترین مقدار توانی است که به وسیله جریان زنر تلف می شود. در صورتی که میزان توان از این حد فراتر رود، می تواند دمای دیود زنر را بیش از حد افزایش دهد و در نتیجه باعث خرابی این نوع دیود و قطعاتی شود که در مدار با آن در ارتباط هستند؛ بنابراین در هنگام انتخاب این دیود با توجه به نوع کاربرد آن باید این معیار را مورد توجه قرار داد.
3. ماکزیمم جریان زنر؛ این مقدار برابر با بیشترین جریانی است که در ولتاژ زنر می تواند از دیود عبور کند، بدون اینکه به آن آسیبی وارد شود.
4.مینیمم جریان زنر؛ این مقدار برابر با کمترین جریانی است که برای شروع به کار این نوع دیود در ناحیه شکست مورد نیاز است.
اما برای پارامتر هایی نظیر ولتاژ مستقیم، ماکزیمم جریان معکوس، نوع بسته بندی و جریان راه اندازی مستقیم لازم است قبل از هرگونه تصمیم گیری درباره انتخاب نوع دیود زنر برای یک طرح ویژه مورد بررسی کامل قرار گیرد.

کلام آخر

با توجه به مطالب بیان شده در این مقاله؛ دیود ها به عنوان ابزاری شناخته می شوند که اجازه عبور جریان را تنها در یک جهت یعنی بایاس مستقیم می دهند و در بایاس معکوس در برابر عبور جریان مقاومت می کنند. در میان انواع دیود ها، دیود زنر نه تنها در بایاس مستقیم اجازه عبور جریان را می دهد، بلکه در بایاس معکوس هم تا زمانی که ولتاژ کاری آن از شکست دیود بالاتر باشد، اجازه عبور جریان را خواهد داد، به عبارت دیگر ولتاژ شکست به ولتاژی گفته می شود که در آن دیود زنر شروع به هدایت در بایاس معکوس می کند. بر این اساس در صورتی که تمایل دارید در مورد قیمت دیود زنر و مشخصات آن اطلاعات بیشتری کسب کنید، می توانید به وب سایت ونوس مراجعه کنید.