الزينر ديود أو ثنائيات الانهيار ما هي وكيف تعمل ؟ اكتب تعليقُا

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

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” .

Zener-Diode-Schematic-Symbols

طريقة عمل الزينر دايود :

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 .

Zener-Diode-IV-Characteristics

العمل في منطقة الانحياز الامامي في الزينر ديود :

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

Zener-Diode-Forward-Bias-Region

العمل في منطقة التسرب في الزينر ديود

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 .

Zener-Diode-Leakage-Region

العمل في منطقة الانحياز العكسي في الزينر ديود :

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 .

Zener-Diode-Breakdown-Region

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 .

منظم الجهد زينر :

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) .

Zener-Diode-As-a-Voltage-Regulator

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 .

التشغيل في الانحياز العكسي أو الانهيار للزينر دايود :

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 .

Calculating-Thevenin-Voltage-Facing-Zener-Diode

بسبب مقسم الجهد ، يمكننا أن نكتب :

عندما يتجاوز هذا الجهد الجهد زينر ، يحدث انهيار .

تيار الدائر أو سلسلة المقاومة للزينر دايود :

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 .

Zener-Diode-Series-Current

تيار وجهد الحمل في دائرة الزينر دايود :

Zener-Diode-Load-Voltage-and-Load-Current

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

zener_3

باستخدام قانون أوم ، يمكننا حساب الحمل الحالي :

zener_4

تيار الزينر دايود :

Zener-Current

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

zener_5

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

zener_6

الفولتية المشتركة لفولتية زينر دايود :

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

Common voltages for 0.3W
2.7V 3.0V 3.3V 3.6V 3.9V 4.3V 4.7V
5.1V 5.6V 6.2V 6.8V 7.5V 8.2V 9.1V
10V 11V 12V 13V 15V 16V 18V
20V 24V 27V 30V
Common voltages for 1.3W
4.7V 5.1V 5.6V 6.2V 6.8V 7.5V 8.2V
9.1V 10V 11V 12V 13V 15V 16V
18V 20V 22V 24V 27V 30V 33V
36V 39V 43V 47V 51V 56V 62V
68V 75V 100V 200V

القوة الكهربائية تتوافق مع القوة التي يمكن أن يتبددها الصمام الثنائي دون ضرر .

تطبيقات الزينر دايود :

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 .

Preregulator

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).

Zener-Diode-As-a-Preregulator

Waveshaping

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

Zener-Diode-As-a-Squarewave-Generator

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) .

Producing Nonstandard Output Voltages

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

Zener-Diode-Producing-Nonstandard-Voltages

Driving a Relay

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 .

Using-Zener-Diode-to-Drive-a-Relay

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 ^_^ 

اترك تعليقاً



لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *