ツェナーダイオードの動作機能に関連するベスト3アプリケーション

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ツェナーダイオードは、逆バイアス状態で動作する通常のPN接合ダイオードです。ツェナーダイオードの動作は、順方向バイアス状態のPN接合ダイオードに似ていますが、その独自性は、しきい値/ブレークダウン電圧を超える逆バイアスで接続された場合にも導通できるという事実にあります。これらは、 ダイオードの基本的なタイプ 通常のダイオードとは別に、頻繁に使用されます。

ツェナーダイオードの動作

ツェナーダイオードの動作



逆バイアス状態の半導体ダイオード

思い出すと、単純なPN接合ダイオードは、p型半導体材料とn型半導体材料の組み合わせで形成されています。半導体結晶の片側にドナー不純物をドープし、反対側にアクセプター不純物をドープすると、PN接合が形成されます。


偏りのない半導体ダイオード

通常の状態では、p側からの正孔は低濃度領域に拡散する傾向があり、n側からの電子についても同じことが起こります。



したがって、正孔はn側に拡散し、電子はp側に拡散します。これにより、接合部の周囲に電荷が蓄積し、空乏領域が形成されます。

偏りのない半導体ダイオード

偏りのない半導体ダイオード

接合部に電気極性または電気双極子が形成され、n側上面から磁束が流れます。これにより、負の電界強度が変化し、接合部に電位が発生します。この電位は実際にはダイオードのしきい値電圧であり、シリコンの場合は約0.6V、ゲルマニウムの場合は0.2Vです。これは、多数の電荷キャリアの流れに対する潜在的な障壁として機能し、デバイスは導通しません。

ここで、通常のダイオードが負の電圧がn側に印加され、正の電圧がp側に印加されるようにバイアスされている場合、ダイオードは順方向バイアス状態にあると言われます。この印加電圧は、しきい値電圧を超えた後、ポテンシャル障壁を減少させる傾向があります。


この時点とその後、大多数のキャリアがポテンシャル障壁を通過し、デバイスはそれを通る電流の流れで導通を開始します。

ダイオードが逆の状態で上記にバイアスされると、印加電圧はポテンシャル障壁に追加され、多数キャリアの流れを妨げるようなものになります。ただし、少数キャリア(n型の正孔とp型の電子)の流れは可能です。この逆バイアス電圧が増加すると、逆電流は徐々に増加する傾向があります。

ある時点で、この電圧は空乏領域の破壊を引き起こし、電流の流れを大幅に増加させるようなものです。ここで、ツェナーダイオードの動作が役立ちます。

ツェナーダイオード動作の背後にある原理

上で述べたように、ツェナーダイオードの動作の背後にある基本原理は、逆バイアス状態のダイオードの故障の原因にあります。通常、故障にはツェナーとアバランチの2種類があります。

ツェナーダイオードの動作原理

ツェナーダイオードの動作原理

ツェナーの内訳

このタイプのブレークダウンは、2〜8Vの逆バイアス電圧で発生します。この低電圧でも、電界強度は原子の価電子に力を加えて原子核から分離するのに十分な強さです。これにより、可動性の電子正孔対が形成され、デバイス全体の電流の流れが増加します。このフィールドのおおよその値は約2 * 10 ^ 7 V / mです。

このタイプのブレークダウンは、通常、ブレークダウン電圧が低く電界が大きい高濃度ドープダイオードで発生します。温度が上昇すると、価電子は共有結合から破壊するためにより多くのエネルギーを獲得し、必要な外部電圧の量は少なくなります。したがって、ツェナー降伏電圧は温度とともに低下します。

アバランシェブレークダウン

このタイプのブレークダウンは、8V以上の逆バイアス電圧で発生します。これは、ブレークダウン電圧が大きい低濃度ドープダイオードで発生します。少数の電荷キャリア(電子)がデバイスを横切って流れると、それらは共有結合内の電子と衝突し、共有結合を破壊する傾向があります。電圧が上昇すると、電子の運動エネルギー(速度)も上昇し、共有結合がより簡単に破壊され、電子と正孔のペアが増加します。アバランシェ降伏電圧は温度とともに増加します。

3ツェナーダイオードアプリケーション

1.電圧としてのツェナーダイオード

DC回路では、ツェナーダイオードを電圧レギュレータとして、または電圧リファレンスを提供するために使用できます。ツェナーダイオードの主な用途は、ツェナーダイオードの両端の電圧が電流の大きな変化に対して一定のままであるという事実にあります。これにより、ツェナーダイオードを定電圧デバイスまたは電圧レギュレータとして使用することが可能になります。

いずれかで 電源回路 、レギュレータは、入力電圧の変動や負荷電流の変動に関係なく、一定の出力(負荷)電圧を提供するために使用されます。入力電圧の変動はラインレギュレーションと呼ばれ、負荷電流の変動は負荷レギュレーションと呼ばれます。

電圧レギュレータとしてのツェナーダイオード

電圧レギュレータとしてのツェナーダイオード

レギュレータとしてツェナーダイオードを含む単純な回路では、入力電圧源と直列に接続された低い値の抵抗が必要です。並列に接続されたダイオードに最大の電流が流れるようにするには、低い値が必要です。ただし、唯一の制約は、ツェナーダイオードを流れる電流が最小ツェナーダイオード電流より小さくてはならないということです。簡単に言えば、最小入力電圧と最大負荷電流の場合、ツェナーダイオード電流は常にIである必要があります。zmin。

ツェナーダイオードを使用して電圧レギュレータを設計する場合、最大電力定格に関してツェナーダイオードが選択されます。言い換えると、デバイスを流れる最大電流は次のようになります。-

最大=電源/ツェナー電圧

入力電圧と必要な出力電圧がわかっているので、負荷電圧にほぼ等しい電圧、つまりVz〜 = Vのツェナーダイオードを選択する方が簡単です。または

直列抵抗の値は次のように選択されます

R =(V-V)/(私zmin+私L)、ここで私はL=負荷電圧/負荷抵抗。

最大8Vの負荷電圧の場合、単一のツェナーダイオードを使用できることに注意してください。ただし、負荷電圧が8Vを超え、より高い電圧値のツェナー電圧が必要な場合は、ツェナーダイオードと直列に順方向バイアスダイオードを使用することをお勧めします。これは、より高い電圧のツェナーダイオードがアバランシェ降伏原理に従い、係数の温度が正であるためです。

したがって、負の温度係数ダイオードが補償に使用されます。もちろん、最近では実用的な温度補償ツェナーダイオードが使用されています。

2.電圧リファレンスとしてのツェナーダイオード

電圧リファレンスとしてのツェナーダイオード

電圧リファレンスとしてのツェナーダイオード

電源や他の多くの回路では、ツェナーダイオードは定電圧プロバイダーまたは電圧リファレンスとしての用途があります。唯一の条件は、入力電圧がツェナー電圧よりも大きく、最大電流がデバイスを流れるように直列抵抗の最小値を設定することです。

3.電圧クランパーとしてのツェナーダイオード

AC入力ソースを含む回路では、通常とは異なります PNダイオードクランプ回路 、ツェナーダイオードも使用できます。ダイオードを使用して、出力電圧のピークを、正弦波形の一方の側でツェナー電圧に、もう一方の側で約0Vに制限することができます。

電圧クランパーとしてのツェナーダイオード

電圧クランパーとしてのツェナーダイオード

上記の回路では、正の半サイクル中に、ツェナーダイオードが逆バイアスされるような入力電圧になると、電圧が低下し始めるまで、出力電圧は一定時間一定になります。

現在、負の半サイクルの間、ツェナーダイオードは転送バイアス接続されています。負の電圧が転送しきい値電圧まで増加すると、ダイオードが導通を開始し、出力電圧の負の側がしきい値電圧に制限されます。

正の範囲でのみ出力電圧を得るには、2つの反対にバイアスされたツェナーダイオードを直列に使用することに注意してください。

ツェナーダイオードの実用的なアプリケーション

スマートフォンの人気が高まるにつれ、 アンドロイドベースのプロジェクト 最近好まれています。これらのプロジェクトには、 ブルートゥース テクノロジーベースのデバイス。これらのBluetoothデバイスは、動作に約3Vの電圧を必要とします。このような場合、ツェナーダイオードを使用してBluetoothデバイスに3Vリファレンスを提供します。

Bluetoothデバイスを含むツェナーダイオードの実用的なアプリケーション

Bluetoothデバイスを含むツェナーダイオードの実用的なアプリケーション

別のアプリケーションには、電圧レギュレータとしてツェナーダイオードを使用することが含まれます。ここで、AC電圧はダイオードD1によって整流され、コンデンサによってフィルタリングされます。このフィルタリングされたDC電圧は、15Vの一定の基準電圧を提供するためにダイオードによって調整されます。この安定化されたDC電圧は、制御回路を駆動するために使用され、光のスイッチングを制御するために使用されます。 自動照明制御システム。

ツェナーダイオード電圧調整アプリケーション

ツェナーダイオード電圧調整アプリケーション

ツェナーダイオードの動作とその応用について、正確でありながら重要な情報を提供できたことを願っています。読者への簡単な質問です。安定化DC電源でツェナーダイオードよりもレギュレータICが最も好まれるのはなぜですか。

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