zener diyot nasıl çalışır
Zener diyot veya zener diyot (yarı iletken zener diyot), pn bağlantısının ters öngerilim koşulları altında kararlı bir arıza modunda çalışan özel bir diyottur. Bu arıza meydana gelene kadar, kapalı zener diyodunun yüksek direnci nedeniyle zener diyodundan sadece çok küçük bir akım akar, kaçak akım.
Ancak bir arıza meydana geldiğinde, zenerin diferansiyel direnci bu noktada kesirlerden yüzlerce ohm'a çıktığı için akım anında artar. Bu şekilde, zener diyodu üzerindeki voltaj, nispeten geniş bir ters akım aralığında çok hassas bir şekilde korunur.
Zener diyodu, tünel arızası fenomenini ilk keşfeden bilim adamı, Amerikalı fizikçi Clarence Melvin Zener (1905 - 1993) onuruna Zener diyodu (İngiliz Zener diyotundan) olarak adlandırılır.
Zener tarafından keşfedilen, ince bir potansiyel bariyerden elektron sızıntısı olgusu olan tünelleme etkisiyle ilgili olarak keşfedilen pn bağlantısının elektriksel bozulması, günümüzde yarı iletken Zener diyotlarında hizmet veren zener etkisi olarak adlandırılmaktadır.
Etkinin fiziksel resmi aşağıdaki gibidir.p-n bağlantısının ters polarmasında, enerji bantları üst üste biner ve elektronlar, p bölgesinin valans bandından n bölgesinin iletim bandına hareket edebilir. Elektrik alanı, bu, ücretsiz yük taşıyıcılarının sayısını artırır ve ters akım keskin bir şekilde artar.
Bu nedenle zener diyodunun temel amacı voltajı stabilize etmektir. Endüstri, izin verilen maksimum ters akımda farklılık gösteren, 1,8 V ila 400 V arasında stabilizasyon voltajlarına, yüksek, orta ve düşük güce sahip yarı iletken zener diyotları üretir.
Basit voltaj stabilizatörleri bu temelde yapılır. Diyagramlarda, zener diyotları, diyot sembolüne benzer bir sembolle gösterilmiştir, tek fark, zener diyotların katodunun «G» harfi şeklinde gösterilmesidir.
Yaklaşık 7 V stabilizasyon voltajına sahip gizli entegre yapıya sahip zener diyotları, en doğru ve kararlı katı hal voltaj referans kaynaklarıdır: en iyi örnekleri karakteristik olarak normal Weston galvanik hücresine (cıva kadmiyum referans galvanik hücre) yakındır.
Her türlü ekipmanın aşırı gerilim koruma devrelerinde yaygın olarak kullanılan yüksek voltajlı çığ diyotları ("TVS diyotları" ve "bastırıcılar"), özel bir zener diyot tipine aittir.
Gördüğünüz gibi, zener diyot, geleneksel diyottan farklı olarak, I - V karakteristiğinin ters kolu üzerinde çalışır. Sıradan bir diyotta, ona ters voltaj uygulanırsa, arıza üç yoldan biriyle (veya birdenbire) meydana gelebilir: tünel arızası, çığ arızası ve kaçak akımlardan kaynaklanan termal ısınma nedeniyle arıza.
Silikon zener diyotların termal kırılması önemli değildir, çünkü bunlar ya tünel arızası, çığ arızası ya da her iki tip arıza termal arıza trendinden çok önce aynı anda meydana gelecek şekilde tasarlanmıştır. Seri zener diyotları şu anda çoğunlukla silikondan yapılmaktadır.
5 V'un altındaki bir voltajdaki bir arıza, Zener etkisinin bir tezahürüdür, 5 V'un üzerindeki bir arıza, bir çığ arızasının bir tezahürüdür. Yaklaşık 5 V'luk bir ara arıza voltajı genellikle bu iki etkinin bir kombinasyonundan kaynaklanır. Zener diyotun kırılma anında elektrik alanın gücü yaklaşık 30 MV/m'dir.
Orta katkılı p-tipi yarı iletkenlerde ve ağır katkılı n-tipi yarı iletkenlerde zener diyot bozulması meydana gelir.Birleşme sıcaklığı arttıkça, zener diyot sıyırma azalır ve çığ kırılma katkısı artar.
Zener diyotları aşağıdaki tipik özelliklere sahiptir. Vz — stabilizasyon gerilimi. Dokümantasyon, bu parametre için iki değer belirtir: maksimum ve minimum stabilizasyon voltajı. Iz, minimum stabilizasyon akımıdır. Zz, zener diyodunun direncidir. Izk ve Zzk — doğru akımda akım ve dinamik direnç. Ir ve Vr, belirli bir sıcaklıkta maksimum kaçak akım ve gerilimdir. Tc sıcaklık katsayısıdır. Izrm — zener diyodunun maksimum stabilizasyon akımı.
Zener diyotları, transistör stabilizatörlerinde referans voltaj kaynakları (referans voltajları) kadar bağımsız stabilizasyon elemanları olarak da yaygın olarak kullanılmaktadır.
Küçük referans voltajları elde etmek için, zener diyotları da sıradan diyotlar gibi ileri yönde açılır, ardından bir zener diyotun stabilizasyon voltajı 0,7 - 0,8 volt olacaktır.
Bir zener diyodunun gövdesi tarafından dağıtılan maksimum güç tipik olarak 0,125 ila 1 watt aralığındadır. Bu, kural olarak, darbe gürültüsüne karşı koruyucu devrelerin normal çalışması ve düşük güçlü stabilizatörlerin yapımı için yeterlidir.