من النظرية إلى الممارسة: استخدام ثنائيات زنر لحماية الجهد الزائد الموثوق
2024-05-15 9271

كان الفيزيائي الأمريكي كلارينس ميلفين زنر ، الذي تم تطويره في أوائل القرن العشرين كلارينس ميلفين زنر بعد درجة الدكتوراه من جامعة هارفارد في عام 1930 ، بمثابة تقدم كبير في المكونات الإلكترونية.تفاصيل هذه المقالة الخصائص المحددة لهذه الثنائيات ، والتي يتم مخدرها بشدة لإنشاء مناطق نضوب رقيقة للغاية حيث توجد حقول كهربائية قوية.عندما يصل هذا الحقل إلى جهد انهيار الصمام الثنائي ، والذي يمكن أن يكون أقل من 5 فولت لانهيار Zener أو أعلى من 5 فولت لانهيار الانهيار ، فهو قوي بما يكفي لإثبات الإلكترونات من روابطها الذرية ، مما يولد تيارًا كهربائيًا.وفر هذا الاكتشاف طريقة جديدة للتحكم في الدوائر الإلكترونية ، والتي تتراوح في جهد الانهيار من أقل من 1 فولت إلى أكثر من 250 فولت ، مع التحمل بين 1 ٪ و 20 ٪ ، مما يسهل الدقة في التصميمات الإلكترونية.

فهرس

الشكل 1: ديود زينر في ثنائي الفينيل متعدد الكلور الحقيقي

ما هو ديود زينر؟

تستفيد ثنائيات Zener من خصائص انهيار تقاطع PN عند تحيز العكسي ، ويمكن أن تلعب دورًا أكبر في الحفاظ على استقرار الفولتية الطرفية عندما يتقلب التيار بشكل كبير.يظل جهد الصمام الثنائي عبرها ثابتًا ولا يتأثر بأي أيونات V ariat في جهد الإدخال.هذا الاستقرار مفيد في تصميمات الدوائر الإلكترونية لمواجهة التغيرات في جهد الدائرة التي قد تنتج عن تقلبات إمدادات الطاقة أو اضطرابات مماثلة.من خلال نشر ثنائيات Zener في النقاط الاستراتيجية ، يمكن للمصممين تثبيت الجهد عبر الأحمال بشكل موثوق ، مما يضمن أداء ثابت للمكونات الإلكترونية.هذه الوظيفة الواضحة ولكن المتطورة لثنائيات زينر تجعلها جزءًا لا يتجزأ من الدوائر الحديثة ، مما يسهل التحكم الدقيق في الجهد وتعزيز الموثوقية الكلية للأنظمة الكهربائية.

بالإضافة إلى ذلك ، يختلف الرمز الكهربائي لصمام الثنائي Zener عن رمز الصمام الثنائي العادي.في مخططات الدائرة ، يتم تصوير الثنائيات التقليدية ، مثل ثنائيات الإشارة أو ثنائيات الطاقة ، برموز قياسية تختلف عن تلك المستخدمة في الثنائيات Zener.

الشكل 2: الصمام الثنائي العادي

الشكل 3: ديود زينر

عندما يتعلق الأمر بالثنائيات Zener المصممة خصيصًا لقمع الجهد العابر (TVS) ، غالبًا ما يتم دمجها في جهاز واحد.يتم تمثيل هذا الجهاز المركب في المخططات برمز متميز يميزه بصريًا عن الثنائيات Zener المفردة وأنواع أخرى من الثنائيات.يساعد هذا الرمز المتخصص الفنيين والمهندسين في تحديد وظيفة وخصائص الجهاز في الدائرة بسرعة ، مما يضمن تصميم الدائرة الدقيقة والفعالة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها.

الشكل 4: مزيج من اثنين من أجهزة التلفزيون Zener Diodes

قيم ديود زينر الشائعة وأرقام الأجزاء

عند اختيار الصمام الثنائي Zener ، من الأهمية بمكان اختيار واحد مع تصنيف الجهد الذي يطابق احتياجات الدائرة الخاصة بك لضمان تنظيم الجهد الفعال وحمايته.فيما يلي انهيار للثنائيات Zener شائعة الاستخدام ، وتطبيقاتها النموذجية ، وأرقام الأجزاء.

3.3V 1N5226

مثالي لتثبيت الجهد في الدوائر المنطقية 3.3V ، والتي توجد عادة في متحكم ومعالجات الإشارات الرقمية (DSP).تضمن هذه الثنائيات الأداء المتسق من خلال الحفاظ على الجهد التشغيل الصحيح.

5.1V 1N5231

يستخدم هذا الصمام الثنائي بشكل متكرر في الدوائر الرقمية والمنطقية 5V ، وهو مثالي لدارات TTL النموذجية (منطق ترانزستور ترانسستور) و CMOS (أكسيد الأكسدة المعدنية التكميلية).ويوفر تنظيم الجهد الموثوق به ، وحماية المكونات الإلكترونية الحساسة من تقلبات الجهد.

الشكل 5: 1N5231 قياس الصمام الثنائي Zener

6.8V 1N5235

تم تصميم هذا الصمام الثنائي للدوائر التناظرية التي تعمل أعلى بقليل من 5 فولت ، مما يوفر حماية إضافية لأجهزة استشعار متخصصة أو ICs المنطقية الأقدم (الدوائر المتكاملة) التي تتطلب عازلة في الجهد للعمل بأمان وفعالية.

9.1V 1N5239

الأمثل للأجهزة التي تعمل بالبطارية 9V ، مثل مكبرات الصوت المحمولة أو الوحدات اللاسلكية.إنه يضمن أن هذه الأجهزة تتلقى إمدادات طاقة مستقرة ، وتعزيز أدائها وموثوقيتها.

11.0V 1N5241

مناسبة للدوائر التي تحتاج إلى جهد أعلى قليلاً أعلى من مستويات المنطق القياسية ، بما في ذلك بعض الدوائر التناظرية.كما يوفر حماية الجهد الزائد لأنظمة 12V ، مما يجعلها متعددة الاستخدامات لمجموعة من التطبيقات.

13.0V 1N5243

يستخدم بشكل شائع في أنظمة إمدادات الطاقة 12V ، وخاصة في إلكترونيات السيارات أو أنظمة التحكم الصناعية.إنه يوفر حماية قوية من الجهد الزائد ، وحماية من مسامير الجهد المحتملة التي قد تلحق الضرر بالنظام.

15.0V 1N5245

يتم استخدام هذا الصمام الثنائي حيث يكون استقرار الجهد 15V ضروريًا ، كما هو الحال في إمدادات الطاقة لمضخمات التشغيل أو الحماية الأساسية في الأنظمة الإلكترونية ذات مستويات الجهد التشغيلي الأعلى.

مبدأ العمل في زينر ديود

يعمل الصمام الثنائي Zener على مبادئ متميزة عن ثنائيات أشباه الموصلات النموذجية بسبب بنيتها المادية الفريدة ، والتي تتميز بالتنشر الثقيل.ينتج عن هذا المنشطات منطقة نضوب أرق إلى حد كبير ، مما يجعل المجال الكهربائي أكثر كثافة مقارنة بالثنائيات العادية.

عندما يكون الصمام الثنائي Zener متحيزًا للعكس ، يمكن للحقل الكهربائي القوي داخل منطقة النضوب الضيقة أن يثير إلكترونات التكافؤ بشكل مباشر إلى نطاق التوصيل في جهد معين يُعرف باسم الجهد الزنر.يؤدي هذا الإثارة المباشرة إلى انهيار Zener ، وهي ظاهرة متميزة عن انهيار الانهيار عادةً في الثنائيات الأقل مخدرًا.في انهيار الانهيار ، تتسع منطقة النضوب تحت التحيز العكسي حتى يصبح الجهد العكسي مرتفعًا بما يكفي لتنشيط ناقلات الأقليات.تكتسب هذه الناقلات طاقة كافية للتصادم مع أيونات شعرية ، وتحرير المزيد من الإلكترونات وتؤدي إلى تفاعل سلسلة يزيد بشكل حاد من التيار.

الشكل 6: ديود ديود تيار إلى الأمام

الشكل 7: مبدأ دائرة حماية الجهد الثنائي Zener

ومع ذلك ، فإن انهيار Zener ينبع في المقام الأول من النفق الكمومي الناجم عن المجال الكهربائي المكثف ، الذي يحدث حتى قبل استيفاء شروط انهيار الانهيار.يتيح هذا الاختلاف الحرج لـ Zener Diode الحفاظ على جهد مستقر عبر أطرافه في وجود مستويات تيار متفاوتة ، وهي خاصية رئيسية يتم الاستفادة منها في تصميم الدائرة لتثبيت الجهد.

الشكل 8: زينر ديود زينر ومخطط انهيار الانهيار الجليدي

الشكل 9: مخطط تخطيطي لانهيار الانهيار الثنائي الصمام الثنائي

بالنسبة للتطبيقات العملية ، تم تصميم ثنائيات Zener لاستخدام إما انهيار Zener أو انهيار الانهيار ، اعتمادًا على جهد Zener.الثنائيات ذات الفولتية المنخفضة Zener ، عادة ما تكون تحت 6 فولت ، تخضع بشكل أساسي إلى انهيار Zener ، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب استقرار الجهد في الفولتية المنخفضة.على العكس من ذلك ، من المرجح أن تواجه الثنائيات ذات الفولتية العليا للزنر ، أكثر من 6 فولت ، انهيار الانهيار ، وهو أكثر ملاءمة للتعامل مع نطاقات الجهد العالي.تتيح هذه المرونة استخدام ثنائيات Zener عبر مجموعة واسعة من التطبيقات الإلكترونية ، مما يضمن التحكم في الجهد الموثوق به وتعزيز القدرة الكلية للدوائر الإلكترونية.

الفرق بين الصمام الثنائي Zener و Diode Signal

ثنائيات Zener و Diodes الإشارة هي أجهزة أشباه الموصلات المستخدمة في الدوائر الإلكترونية ، لكنها تختلف اختلافًا كبيرًا في الوظيفة والبنية ، خاصةً عندما تكون متحيزة عكسية.

الشكل 10: زينر ديود مقابل.إشارة الصمام الثنائي

ثنائيات Zener - - استقرار الجهد والحماية

تم تصميم هذه الأجهزة على وجه التحديد للتعامل مع ظروف التحيز العكسي من خلال المنشطات الثقيلة لمادة أشباه الموصلات.هذا المستوى العالي المنشطات يقلل من عرض تقاطع PN ، ويزيد من الحقل الكهربائي داخل منطقة النضوب.نتيجة لذلك ، عندما يصل الجهد العكسي إلى جهد انهيار Zener (VZ) ، يسمح الصمام الثنائي Zener الحالي بالتدفق في الاتجاه المعاكس دون تلف.تعتبر هذه الميزة أمرًا بالغ الأهمية للتطبيقات مثل تنظيم الجهد وحماية الجهد الزائد ، حيث من الضروري الحفاظ على الجهد المستقر أو حماية المكونات الحساسة.على سبيل المثال ، في سيناريو تنظيم الجهد ، عندما يتجاوز جهد الدائرة جهد Zener ، ينشط الصمام الثنائي Zener ، ويدير التيار واستقرار الجهد لمنع التقلبات التي قد تلحق الضرر بالمكونات الإلكترونية.

ثنائيات الإشارة - - معالجة الإشارات الفعالة وتصحيحها

في المقابل ، تم تصميم ثنائيات الإشارة للتوصيل الأمامي الفعال مع الحد الأدنى من تسرب التيار العكسي.عادةً ما تسمح بتدفق تيار قليل جدًا عندما يكون العكسي المنحاز - الغالب فقط نانويكيرز إلى ميكرولتيرز - وهو أمر لا يكاد يذكر لمعظم التطبيقات.ومع ذلك ، يمكن أن تتلف هذه الثنائيات إذا تجاوز الجهد العكسي جهد انهيارها ، مما يؤدي إلى دوائر مفتوحة أو قصيرة محتملة.تشمل تطبيقاتها الأساسية تشكيل الإشارات والتبديل والتصحيح منخفض الطاقة ، حيث يكون التوصيل الأمامي ضروريًا ، ويجب تقليل التيار العكسي لمنع التداخل.

في حين أن كل من Zener و Signal Diodes يسمحون بالتدفق الحالي من الأنود إلى الكاثود عندما يكون متحيزًا للأمام ، فإن سلوكياتهما المتحيزة العكسية تلبي احتياجات متميزة.لا غنى عن ثنائيات Zener في الدوائر التي يجب أن يتم فيها التحكم في الجهد أو حيث تحتاج المكونات إلى حماية ضد مسامير الجهد.قدرتهم على التصرف في الاتجاه المعاكس دون تلف فريد من نوعه وضروري لمثل هذه الأدوار الوقائية.على العكس من ذلك ، تتفوق ثنائيات الإشارة في التطبيقات التي تتطلب توصيلًا فعالًا للتيار الأمامي بعزل قوي أثناء التحيز العكسي.

يتوقف الاختيار بين الصمام الثنائي Zener و Diode على المتطلبات المحددة للتطبيق - استقرار الجهد وحماية معالجة الإشارات السابقة ، والتصحيح للأخير.يوفر كل نوع من أنواع الصمام الثنائي فوائد مخصصة تجعلها مناسبة لأدوار مختلفة في تصميم الدوائر وتنفيذها.

مزايا وعيوب دائرة حماية الجهد الزائد (OVP)

مزايا

أولاً ، تعد دائرة حماية الجهد الزائد للزنر واضحة بشكل ملحوظ ، وتتألف في المقام الأول من الصمام الثنائي Zener مقترن بمقاوم سلسلة.يسهل هذا التصميم الحد الأدنى التكامل السهل في العديد من الإعدادات الإلكترونية ، مما يجعله في متناوله حتى بالنسبة لأولئك الذين لديهم مهارات فنية أساسية.من السهل أيضًا الحفاظ عليها بسبب المكونات القليلة المعنية.

بعد ذلك ، يعد استخدام الثنائيات Zener لحماية الجهد الزائد مفيدًا اقتصاديًا.كل من الثنائيات نفسها والمكونات المرتبطة غير مكلفة ومتاحة على نطاق واسع.هذا يجعل دوائر الصمام الثنائي Zener خيارًا جذابًا لتنظيم الجهد الفعال دون استثمار مالي كبير.

ما هو أكثر من ذلك ، تم تصميم Zener Diodes لتقديم مخرجات مستقرة في جهدها المحدد.يعد هذا الاستقرار أمرًا بالغ الأهمية للحد من الجهد على مستويات آمنة ، مما يضمن حماية موثوقة ضد طفرات الجهد التي يمكن أن تلحق الضرر بمكونات الدائرة الحساسة.

سلبيات

أحد العيوب المهمة هو ميل الدائرة إلى استهلاك قوة كبيرة أثناء التشغيل.عندما يتم تنشيط الصمام الثنائي Zener لتثبيط الجهد ، فإنه يسمح أيضًا بالمرور ، مما يولد الحرارة بسبب المقاومة.هذه الحرارة تضيع الطاقة بشكل أساسي ، مما يشكل تحديًا في التطبيقات الحساسة للطاقة.

بعد ذلك ، يمكن أن تؤدي الحرارة الناتجة عن الصمام الثنائي Zener عند إجراء درجات حرارة أعلى داخل الدائرة.قد يكون من الضروري تنفيذ تدابير تبريد إضافية ، مثل أحواض الحرارة أو المعجبين ، لتبديد الحرارة بكفاءة والحفاظ على درجات حرارة مكون آمنة.

ومع ذلك ، في حين أن ثنائيات Zener تتفوق في تنظيم الجهد ، فإنها لا توفر بطبيعتها حماية زائدة قوية.للحماية من التيارات المفرطة التي قد تحدث أثناء ظروف الخطأ ، غالبًا ما يكون من الضروري إقران ثنائيات Zener مع مكونات واقية أخرى مثل الصمامات أو قواطع الدوائر ، والتي يمكن أن تعقد تصميم الدائرة وتضيف إلى التكلفة.

وظيفة ديود زينر

تتمثل الوظيفة الأساسية لدائرة حماية الجهد الزائد في مراقبة جهد الدائرة بشكل مستمر والاستجابة بسرعة إذا تجاوزت عتبة السلامة ، وبالتالي منع الأضرار المحتملة للمكونات الإلكترونية.تلعب Zener Diodes هذا الدور أيضًا ، حيث يمكنها الحفاظ على التوصيل المستقر في جهد عكسي محدد مع إظهار مقاومة عالية في ظل ظروف التشغيل العادية ، مما يضمن أنها لا تتداخل مع العمل المناسب للدائرة.

أولاً ، حدد جهد التشغيل العادي والحد الأقصى لحالة الجهد التي قد تتلف مكونات الدائرة.اختر الصمام الثنائي Zener مع جهد Zener أعلى قليلاً من الجهد العملي العادي ولكن تحت الحد الأقصى لحالة الجهد.يضمن هذا الإعداد أن يتم تنشيط الصمام الثنائي لإجراء الكهرباء فقط عندما يتجاوز الجهد المعدل الطبيعي ، وبالتالي الحماية من الجهد الزائد.

ثانياً ، قم بدمج الصمام الثنائي Zener المحدد في الدائرة بالتوازي مع المكون الذي يُقصد به حمايته.مطلوب وضع دقيق لأنه يتيح الصمام الثنائي لتحويل الجهد الزائد بعيدًا عن المكون الحساس.أضف مقاومًا حاليًا في سلسلة مع الصمام الثنائي Zener.الغرض من هذا المقاوم هو التحكم في تدفق التيار من خلال الصمام الثنائي عندما يكون نشطًا ، ومنع الضرر بسبب التيار المفرط وضمان أن تظل الدائرة مستقرة وآمنة في ظل ظروف الجهد الزائد.

مثال تشغيلي

النظر في دائرة مصممة لتحسين قياس كثافة الضوضاء.هنا ، يتم وضع الصمام الثنائي Zener بعد مصدر الطاقة المنخفضة الضوضاء ، مع جهد انهيار فوق جهد العرض النموذجي للتعامل مع أي تقلبات.يعمل الصمام الثنائي Zener على امتصاص طفرات الجهد وتحقيق استقرار جهد الخرج على الدوائر اللاحقة.يتم استخدام المقاوم المحسوب التيار المحسوبة بعناية لحماية الصمام الثنائي Zener في ظروف تحميل مختلفة وضمان إخراج الجهد الثابت.

للتعامل مع إشارات الضوضاء ، قم بتضمين مكثف لحظر DC لتصفية مكونات DC والسماح فقط بإشارة ضوضاء التيار المتردد ، مما يضمن خالية من تداخل DC.ثم يتم تضخيم إشارة الضوضاء باستخدام مكبر للصوت منخفض الضوضاء وربما من خلال تضخيم متعددة المراحل لتعزيز الإشارة دون تغيير سلامتها.ثم يتم تمرير هذه الإشارة من خلال مرشح ممر النطاق بين 1 كيلو هرتز و 3 كيلو هرتز لعزل وقياس الضوضاء فقط ضمن نطاق التردد المستهدف ، وبالتالي ضمان الدقة في الكشف والقياس.

أخيرًا ، يتم قياس الإشارة باستخدام مقياس RMS Voltmeter حقيقي ، والذي يوفر دقة عالية واستقرار.من خلال تحديد جهد Zener بعناية وتكوين المقاوم المحدد الحالي ، توفر دائرة حماية الجهد الثنائي الصمام الثنائي حلاً قويًا لحماية المعدات الإلكترونية من أحداث غير متوقعة عالية الجهد ، وبالتالي ضمان المتانة والتشغيل المستقر للأجهزة الإلكترونية.

الشكل 11: ديود زينر المستخدم في دائرة قياس كثافة الضوضاء

كيف تحمي الدوائر من الجهد الزائد؟

يعد حماية المكونات الإلكترونية الحساسة ، مثل موكّنات متحكم ، من الفولتية المفرطة أمرًا بالغ الأهمية في تصميم الدائرة.عادةً ما يكون دبابيس I/O متحكم في الجهد أقصى - غالبًا 5 فولت.تجاوز هذا الحد من المخاطر التي تسبب ضرر متحكم.تتضمن طريقة عملية لحماية هذه المكونات بناء دائرة حماية الجهد (OVP) باستخدام ثنائيات Zener.

بالنسبة للدائرة التي يكون فيها جهد التشغيل العادي بالقرب من 5V ، فإن الصمام الثنائي Zener مع جهد انهيار أعلى قليلاً ، مثل 5.1V ، مثالي.هذا يضمن أنه في ظل الظروف العادية (الفولتية أقل من 5.1 فولت) ، يظل الصمام الثنائي Zener غير موصل ولا يتداخل مع تشغيل الدائرة.عندما يتجاوز جهد الإدخال 5.1 فولت ، ينشط الصمام الثنائي Zener ، ويقوم بإجراء التيار وتكثف الجهد إلى حوالي 5.1 فولت لمنع أي ضرر لمكونات الدائرة في اتجاه مجرى النهر.

للتحقق من التصميم ، قم بمحاكاة دائرة OVP باستخدام برنامج التوابل ، مثل Cadence Pspice.قم بإعداد المحاكاة بمصدر الجهد (V1) ، ومقاوم الحد الحالي (R1) ، و Diode Zener المختار (D2).في هذا السيناريو ، افترض الصمام الثنائي 6.8V Zener (على سبيل المثال ، 1N4099) للاختبار.إذا تجاوز جهد V1 6.8 فولت ، فيجب أن تُظهر المحاكاة أن جهد الخرج يقتصر فعليًا على حوالي 6.8 فولت أو أقل ، مما يؤكد قدرة الحماية الصمام الثنائي.

مع جهد إدخال 6 فولت ، يجب أن يظل الإخراج مستقرًا وقريبًا من المدخلات ، مما يشير إلى التشغيل العادي.عند 6.8 فولت ، يجب أن يتوافق الإخراج بقليل أقل من جهد زينر ، مما يدل على إشراك الصمام الثنائي وتثبيت الجهد.عند زيادة المدخلات إلى 7.5 فولت (حالة الجهد الزائد) ، يجب أن يبقى المخرج أقل بكثير من المدخلات ، حوالي 6.883 فولت ، مما يدل على الحماية الفعالة ضد الجهد الزائد.اعتمادًا على الاحتياجات المحددة للدائرة ، يمكن اختيار ثنائيات Zener ذات الفولتية المختلفة مثل 3.3V أو 5.1V أو 9.1V أو 10.2v.تتيح هذه المرونة للمصممين تخصيص حماية الجهد الزائد للمتطلبات الدقيقة للتطبيق ، مما يضمن الحماية المثلى.

من خلال اختيار الصمام الثنائي المناسب ل zener وامتذاب سلوكه بدقة في ظل ظروف الجهد المختلفة ، يمكن للمصممين ضمان حماية قوية من الجهد الزائد.هذا النهج لا يمنع فقط الأضرار التي لحقت مكونات الدائرة الحساسة ولكن أيضًا يعزز الموثوقية الشاملة والأداء للأجهزة الإلكترونية.

الشكل 12: مخطط دائرة الصمام الثنائي زينر

كيفية اختيار حماية الجهد الزائد المناسبة Zener Diode؟

يتطلب اختيار الصمام الثنائي Zener الفعال لحماية الجهد الزائد بعض الخطوات الهامة لضمان عمل الدائرة بأمان وكفاءة في جميع الظروف.

تحديد جهد زينر المناسب

حدد الحد الأقصى للجهد الذي يجب أن تتعامل معه الدائرة.على سبيل المثال ، إذا كان التصميم يحدد أن الجهد يجب ألا يتجاوز 6.8 فولت ، فسيكون الصمام الثنائي Zener مع جهد انهيار 6.8 فولت مثاليًا.

إذا لم تتوفر مطابقة دقيقة لجهد Zener المطلوب ، فاختر أقرب قيمة أعلى.على سبيل المثال ، للحماية من الجهد الزائد تصل إلى 7 فولت ، سيكون الصمام الثنائي Zener 6.8V تقريبًا تقريبًا مناسبًا ، مما يبرز الجهد بشكل فعال أسفل الحد الأقصى.

حساب الحمل والتحيز تيار

ابدأ بحساب التيار الذي يتدفق عادة عبر الحمل ؛لنفترض أنها 50mA.أضف التيار التحيز اللازم لتشغيل ديود Zener لهذا الرقم.إذا كان الصمام الثنائي Zener يتطلب تحيزًا تيارًا 10 مللي أمبير ، فسيكون متطلبات الحالية الإجمالية 60mA (50ma تحميل تيار بالإضافة إلى تحيز 10ma).

تحديد تصنيف الطاقة لديود Zener

حساب تبديد الطاقة باستخدام جهد Zener والتيار الكلي.مع جهد Zener من 6.8 فولت والتيار الكلي من 60mA ، سيتم حساب تبديد الطاقة على أنه 6.8v × 0.060a = 0.408 واط.حدد الصمام الثنائي Zener مع تصنيف الطاقة أعلى من القيمة المحسوبة لضمان الموثوقية والسلامة.سيوفر الصمام الثنائي بتصنيف 500 ميجاوات هامشًا كافيًا.

حساب قيمة المقاوم المحدد الحالي

التأكد من الحد الأقصى للجهد الذي قد تواجهه الدائرة ، على سبيل المثال 13 فولت.احسب انخفاض الجهد عبر المقاوم ، وهو الفرق بين جهد المصدر والجهد Zener: 13V - 6.8V = 6.2V.باستخدام قانون OHM ، قم بحساب قيمة المقاومة المطلوبة: انخفاض الجهد / التيار الكلي = 6.2v / 0.060a ≈ 103Ω.يمكنك تقريب هذا إلى قيمة المقاوم القياسية مثل 100Ω لأغراض عملية.

طريقة الكشف عن الصمام الثنائي Zener

لتحديد قطبية ثنائيات Zener ، يمكن للمرء أن يبدأ بفحص مظهره.غالبًا ما تميز ثنائيات Zener المغطاة بالمعادن القطبية من خلال شكل وجهها النهائي: تشير الطرف المسطح عادة إلى القطب الإيجابي ، في حين أن النهاية نصف دائرية تشير إلى القطب السلبي.بالنسبة لثنائيات Zener ذات الكباش البلاستيكي ، ابحث عن علامة ألوان على المحطة السلبية ، مما يوفر دليلًا بصريًا سريعًا للقطبية.

للحصول على طريقة أكثر دقة ، يكون استخدام مقياس متعدد المقياس على اختبار الصمام الثنائي أو إعداد مقاومة منخفض ، مثل RX1K ، فعالًا.قم بتوصيل تحقيقات المتعددة بالثنائي - واحد لكل محطة.لاحظ المقاومة المعروضة ، ثم تبديل التحقيقات وقياس مرة أخرى.الإعداد الذي يوضح مقاومة أقل سيكون للتحقيق الأسود على الإيجابية والأحمر في المحطة السلبية.قد تشير مقاومة عالية جدًا أو منخفضة جدًا في كلا القياسين إلى أن الصمام الثنائي يتضرر ولا يعمل بشكل صحيح.

الشكل 13: ثنائيات زنر

عند قياس قيمة تنظيم الجهد لثنائي Zener ، يُنصح باستخدام مصدر طاقة DC قابل للتعديل بشكل مستمر.بالنسبة للثنائيات Zener التي تم تصنيفها أقل من 13 فولت ، قم بتعيين مصدر الطاقة على 15 فولت.قم بتوصيل الصمام الثنائي في السلسلة بمقاوم محدد 1.5kΩ الحالي بين الكاثود والإخراج الإيجابي لمصدر الطاقة ، والأنود إلى الإخراج السلبي.قياس الجهد عبر الصمام الثنائي باستخدام مقياس متعدد ؛ستكون القيمة المعروضة هي قيمة تنظيم الجهد الصمام الثنائي.

الشكل 14: أشكال ديود زينر الشائعة

بالنسبة لثنائيات Zener مع قيم التنظيم أعلى من 15V ، قم بزيادة ناتج مصدر الطاقة إلى أكثر من 20 فولت لضمان قياس دقيق.بدلاً من ذلك ، بالنسبة لثنائيات Zener عالية الجهد ، يمكن استخدام مقياس MoGoHmmer القادر على توصيل ما يصل إلى 1000 فولت.قم بتوصيل الرصاص الإيجابي لـ MoGohmmeter إلى الطرف السلبي للديود والرصاص السلبي إلى المحطة الإيجابية.قم بتدوير مقبض MoGoHmmeter بسرعة متسقة وقراءة الجهد عبر الصمام الثنائي باستخدام مقياس متعدد حتى يستقر في جهد تنظيم الصمام الثنائي.

إذا لوحظت التقلبات أو عدم الاستقرار في قيمة الجهد أثناء هذه الاختبارات ، فقد يشير ذلك إلى أن الصمام الثنائي إما يعمل بشكل غير متسق أو يتضرر ، مما يستلزم استبداله.

حجم حزمة الصمام الثنائي Zener

الشكل 15: أبعاد حزمة ديود زينر

عند العمل مع ثنائيات Zener ، يجب أن يكون المرء على دراية بأبعادها المادية والتعبئة.عادةً ما يتم توفير أبعاد هذه الثنائيات بالبوصة ، باتباع بعض معايير التصنيع وتفضيلات الصناعة ، على الرغم من أن أبعاد الملليمتر متاحة أيضًا للرجوع إليها.

حزمة تفاصيل الخطوط العريضة

يمكن ضبط الأبعاد الخارجية لحزمة الصمام الثنائي Zener ، والتي تشمل كل من القطر (BD) والطول (BL) ، ضمن حدود محددة.تسمح هذه المرونة بالتركيب المخصص في التطبيقات المختلفة ، خاصة عندما تشكل الإدارة الحرارية مصدر قلق.إذا كانت حزمة الصمام الثنائي Zener تتضمن عجينة حرارية ، وتستخدم لتعزيز توصيل الحرارة بعيدًا عن الصمام الثنائي ، فيجب النظر في هذا العنصر في حجم الحزمة الكلي.ومع ذلك ، لا تنطبق قيود الحد الأدنى المعتادة للقطر (BD) عند إشراك العجينة الحرارية.يجب أن يشمل قياس الطول (BL) الحزمة بأكملها ، بما في ذلك المعجون الحراري.

دبوس قطر V ariat أيونات

في ثنائيات Zener ، يمكن أن يختلف قطر المسامير داخل الحزمة.يستوعب أيون V ariat أي مخالفات في الانتهاء من الدبوس أو الانحرافات في الأقسام التي لا تشمل العجينة الحرارية.يمكن أن تؤدي عوامل مثل سمك الطلاء أو الحالات الشاذة للتصنيع البسيطة إلى اختلافات في حجم الدبوس ، وهو أمر مهم يجب مراعاته أثناء عمليات التصميم والتجميع.

تمثيل الرمز للقطر

لضمان الوضوح في التوثيق والاتساق عبر التصميمات الهندسية ، يلتزم حجم القطر في الرسومات والمواصفات الخاصة بثنائيات Zener بمعايير ASME Y14.5M.يملي هذا المعيار استخدام رمز "φx" لتمثيل الأقطار ، وتعزيز التوحيد والدقة في الرسومات الهندسية والمساعدة في الحفاظ على الاتساق في مواصفات التصنيع.

خاتمة

لقد جعل تطوير ثنائيات Zener لا غنى عنه في الإلكترونيات الحديثة ، وخاصة في تنظيم الجهد وحماية الجهد الزائد.تمكنها خصائص انهيار Zener و Avalnanche الفريدة من معالجة تقلبات الجهد بشكل فعال.إن مقارنة هياكلها وعملياتها مع تلك الموجودة في ثنائيات الإشارة تعمق فهمنا لتطبيقاتها المحددة في تصميمات الدوائر.ومع ذلك ، في حين توفر ثنائيات Zener حماية فعالة وفعالة من حيث التكلفة ، فإنها تمثل أيضًا تحديات مثل استهلاك الطاقة العالي والحاجة إلى إدارة حرارية فعالة.تسلط هذه المشكلات الضوء على ضرورة الابتكار المستمر والتحسين في تصميم الدائرة الإلكترونية للاستفادة من الإمكانات الكاملة للثنائيات Zener.

أسئلة وأجوبة (FAQ]

1. ما هو الصمام الثنائي زينر المستخدم؟

يستخدم الصمام الثنائي Zener في المقام الأول لتنظيم الجهد ، مما يضمن أنه حتى إذا كان جهد الإمداد يتقلب ، فإن الجهد عبر الصمام الثنائي Zener يظل مستقرًا.كما أنه يستخدم لحماية الجهد الزائد ، وحماية الإلكترونيات الحساسة من مسامير الجهد.

2. ما هي حماية الجهد الزائد؟

حماية الجهد الزائد هي آلية للحماية من الدوائر التي تمنع الجهد المفرط من المكونات الإلكترونية الضارة.إنه يضمن بقاء مستويات الجهد ضمن حدود آمنة لمكونات الدائرة.

3. ما هي دوائر حماية الجهد الزائد؟

تم تصميم دوائر حماية الجهد الزائد لمنع الجهد المفرط من الوصول إلى المكونات المدمرة.تستخدم هذه الدوائر عادة مكونات مثل ثنائيات Zener أو المتغيرات أو ثنائيات مثبط الجهد العابر (TVS) لتثبيط الجهد إلى مستويات آمنة أثناء طفرات الجهد.

4. ما هو الفرق بين الصمام الثنائي الطبيعي وديود زينر؟

يكمن الفرق الرئيسي في التعامل مع الجهد العكسي.تمنع الثنائيات العادية التيار في الاتجاه المعاكس ويمكن أن تتلف إذا تجاوز الجهد العكسي عتبة معينة.على النقيض من ذلك ، تم تصميم ثنائيات Zener ليس فقط لمنع التيار العكسي ولكن أيضًا للتجري بأمان عندما يتجاوز الجهد العكسي مستوى محدد مسبقًا ، والمعروف باسم جهد Zener ، دون تلف.

5. ما هو مبدأ العمل في زينر ديود؟

يعمل الصمام الثنائي Zener عن طريق السماح للتيار بالتدفق في الاتجاه المعاكس عندما يتجاوز الجهد جهده Zener.ويرجع ذلك إلى تقاطع P-N المخدر بشدة مما يخلق منطقة نضوب ضيقة.تتيح الحقول الكهربائية العالية في هذا التقاطع أن يتصرف الصمام الثنائي Zener في الاتجاه المعاكس دون أن تتلف ، وبالتالي الحفاظ على استقرار الجهد عبره.يتم استخدام هذه الخاصية لتنظيم الجهد والحماية في الدوائر.