تقوم ثنائيات السيليكون العادية بحظر أي تيار من خلالها عندما تكون متحيزة ، وتتلف عندما يكون الجهد العكسي مرتفعًا جدًا . لذلك ، لا يتم تشغيل هذه الثنائيات عن قصد في منطقة الانهيار .

إنها مصممة خصيصًا للعمل في منطقة الانهيار دون عطل . لهذا السبب ، يشار إلى الثنائيات Zener في بعض الأحيان باسم الثنائيات الانهيار .

تعد ثنائيات زينر هي العمود الفقري لمنظمات الجهد ، والدوائر التي تحافظ على حمل الجهد ثابتًا تقريبًا على الرغم من التغييرات الكبيرة في الجهد الكهربائي ومقاومة الحمل .

توضح الأشكال التالية الرموز التخطيطية لصمام ثنائي زينر . في أي من الرموز ، تشبه الخطوط “Z” ، والتي تعني “Zener” .

يمكن أن يعمل الصمام الثنائي زينر في أي من المناطق الثلاثة : الانحياز الأمامي ، والتسرب ، الانحياز العكس أو الانهيار . دعونا نفهم هذا من خلال الرسم البياني I-V لصمام ثنائي زينر .

عندما تكون الثنائيات ثنائية الاتجاه منحازة للأمام ، تتصرف تمامًا مثل ثنائيات السيليكون العادية وتبدأ في التحرك عند حوالي 0.7 فولت .

توجد منطقة التسرب بين الصفر الحالي والانهيار  .

في منطقة التسرب ، يتدفق تيار عكسي صغير عبر الصمام الثنائي . يحدث هذا التيار العكسي بواسطة ناقلات الأقلية المنتجة حرارياً .

إذا تابعت زيادة الجهد العكسي ، فستصل في النهاية إلى ما يسمى بجهد Zener ذي الجهد VZ الخاص بالديود .

في هذه المرحلة ، تحدث عملية تسمى انهيار الانهيار في طبقة نضوب أشباه الموصلات ويبدأ الصمام الثنائي في إجراء الاتجاه بشدة في الاتجاه المعاكس .

يمكنك أن ترى من الرسم البياني أن الانهيار له مركبة حادة للغاية ، تليها زيادة رأسية تقريبًا في التيار . لاحظ أن الجهد عبر الصمام الثنائي zener ثابت تقريبًا ويساوي تقريبًا VZ على معظم منطقة الانهيار .

يوضح الرسم البياني أيضًا الحد الأقصى للتيار العكسي الحالي (حد أقصى) . طالما أن التيار العكسي أقل من “IZ  Max” ، فإن الصمام الثنائي يعمل ضمن نطاقه الآمن . إذا تجاوز التيار “IZ Max” ، سيتم تدمير الصمام الثنائي .

يحافظ الصمام الثنائي Zener على إخراج  جهد ثابت في منطقة الانهيار ، على الرغم من اختلاف التيار من خلاله . هذه هي ميزة مهمة من الصمام الثنائي زينر ، والتي يمكن استخدامها في تطبيقات منظم الجهد . لذلك يسمى أحيانا الصمام الثنائي زينر ديود منظم الجهد .

على سبيل المثال ، ناتج مقومات نصف الموجة أو الموجة الكاملة أو الجسر يتكون من تموجات متراكبة على جهد تيار مستمر . من خلال توصيل الصمام الثنائي زينر بسيط عبر إخراج المقوم ، يمكننا الحصول على الجهد الناتج أكثر استقرارا .
يوضح الشكل التالي منظم جهد زينر البسيط (المعروف أيضًا باسم منظم زينر) .

لتشغيل الصمام الثنائي zener في حالة انهياره ، يتم تحيز الصمام الثنائي zener عن طريق توصيل الكاثود الخاص به بالطرف الموجب لمصدر الجهد .

يتم توصيل سلسلة المقاوم  RS في سلسلة مع الصمام الثنائي زينر بحيث التيار الذي يتدفق عبر الصمام الثنائي هو أقل من الحد الأقصى . خلاف ذلك ، سوف يحترق الصمام الثنائي zener ، مثل أي جهاز بسبب تبديد الطاقة الزائد .
يتم توصيل مصدر الجهد VS عبر الجمع . أيضا ، للحفاظ على الصمام الثنائي في حالة انهياره ، يجب أن يكون مصدر الجهد VS أكبر من الجهد انهيار زينر VZ .

يتم إخراج الجهد الناتج Vout من جميع أنحاء الصمام الثنائي زينر .

لاختبار ما إذا كان الصمام الثنائي zener يعمل في منطقة الانهيار ، نحتاج إلى حساب مقدار الجهد Thevenin الذي يواجهه الصمام الثنائي .

الجهد Thevenin هو الجهد الموجود عندما يتم قطع الصمام الثنائي زينر من الدائرة .

بسبب مقسم الجهد ، يمكننا أن نكتب :

عندما يتجاوز هذا الجهد الجهد زينر ، يحدث انهيار .

الجهد عبر سلسلة المقاوم يساوي الفرق بين مصدر الجهد والجهد زينر . لذلك ، وفقًا لقانون أوم ، فإن التيار من خلال سلسلة المقاوم هو :

يظل التيار الحالي كما هو . بمعنى ، حتى لو قمت بفصل مقاوم الحمل ، فإن التيار من خلال سلسلة المقاوم سيكون مساويا للجهد عبر المقاوم مقسوما على المقاومة .

نظرًا لأن مقاوم الحمل متوازٍ مع الصمام الثنائي زينر ، فإن فولتية الحمل هي نفسها فولتية زينر .

باستخدام قانون أوم ، يمكننا حساب الحمل الحالي :

الصمام الثنائي زينر ومقاوم الحمل متوازيان . إجمالي التيار يساوي مجموع التيارات الخاصة بهم ، وهو نفس تيار المار خلال المقاوم السلسلة .

هذا يخبرنا أن ، تيار zener يساوي تيار السلسلة ناقص تيار الحمل .

يتم تصنيع ثنائيات زينر في تصنيفات الجهد القياسية المدرجة في الجدول أدناه . يسرد الجدول الفولتية الشائعة لأجزاء 0.3W و 1.3W .

لقد رأينا حتى الآن كيف يمكن استخدام الثنائيات Zener لتنظيم مصدر مستمر للتيار المستمر . بصرف النظر عن ذلك ، تستخدم الثنائيات زينر أيضا في تطبيقات مختلفة . وهنا بعض منهم .

الفكرة الأساسية وراء Preregulator هي توفير مدخلات منظمة إلى منظم zener بحيث يتم تنظيم الناتج النهائي بشكل جيد للغاية .

يوجد أدناه مثال على preregulator (الصمام الثنائي زينر الاول) يقود منظم zener (الثنائي زينر الثاني).

في معظم التطبيقات ، تظل ثنائيات زينر في منطقة الانهيار . ولكن هناك استثناءات مثل دوائر waveshaping .

في دائرة تشكيل الموجات أعلاه ، يتم توصيل اثنين من الثنائيات zener العودة إلى الوراء لتوليد موجة مربعة . وتسمى هذه الدائرة مازحا “مولد الموجة المربعة ” .

في النصف الإيجابي للدورة ، يجري الصمام الثنائي العلوي Z1 وينهار الصمام الثنائي السفلي Z2 .  لذلك ، يتم قص الإخراج .
في النصف السلبي للدورة ، يتم عكس الإجراء . ينفذ الصمام الثنائي السفلي Z2 ، وينهار الصمام الثنائي العلوي Z1 . بهذه الطريقة يكون الناتج موجة مربعة تقريبًا .

مستوى القطع يساوي جهد زينر (الصمام الثنائي المكسور) بالإضافة إلى 0.7V (الصمام الثنائي المنحاز إلى الأمام) .

من خلال دمج ثنائيات زينر مع ثنائيات السيليكون العادية ، يمكننا إنتاج عدة فولتات تيار مستمر غير قياسية مثل هذا :

كما تعلم ، فإن توصيل مرحل أو ريلي 6 فولت بنظام 12 فولت يمكن أن يتسبب في تلف المرحل . تحتاج إلى إسقاط بعض الجهد . الشكل أدناه يوضح طريقة واحدة لإنجاز هذا .

في هذه الدائرة ، يتم توصيل الصمام الثنائي 5.6V zener في سلسلة مع التتابع بحيث يظهر فقط 6.4V عبر التتابع ، والذي هو في حدود التسامح مع تصنيف الجهد المتتابع .

تمت بحمد الله ^_^