Was ist das Zenerdiodensymbol?
Einführung
Das Symbol der Zener-Diode ist dem einer Standard-PN-Übergangsdiode sehr ähnlich, wobei die einzige Abweichung in den gebogenen Kanten des vertikalen Balkens besteht. Das Zenerdiodenzeichen besteht aus Anoden- und Kathodenanschlüssen. Der Anodenanschluss ist der +ve-Anschluss, während der Kathodenanschluss der -ve-Anschluss ist. Es funktioniert in beide Richtungen, Vorwärtsvorspannung und Rückwärtsvorspannung. Es wird hauptsächlich im Sperrvorspannungsmodus verwendet.
Bei Sperrspannung unterbrechen gewöhnliche Siliziumdioden jeglichen Strom und werden zerstört, wenn die Sperrspannung zu hoch ist. Dadurch werden diese Dioden nie gezielt im Fehlerbereich angesteuert.
Zenerdioden hingegen sind einzigartig. Sie sind präzise konstruiert, um im Pannenbereich zuverlässig zu funktionieren. Aus diesem Grund werden Zenerdioden manchmal auch als Durchbruchdioden bezeichnet.
Ⅰ Was ist eine Zenerdiode ?
Eine Zenerdiode ist eine Form einer PN-Übergangsdiode, die sowohl Vorwärts- als auch Rückwärtsstrom leiten kann. Es enthält stark dotierte Bereiche und wird meist zur Rückwärtsleitung von Strom genutzt. Wenn die Sperrspannung einen bestimmten Grenzwert überschreitet, der als Sperrdurchbruchs- oder Zener-Durchbruchsspannung bezeichnet wird, beginnt sie, in die andere Richtung zu leiten.
Eine Zener-Diode kann und ist im Gegensatz zu einer normalen Diode speziell für den Betrieb in der Sperrdurchbruchzone ausgelegt. Während des Durchbruchbereichs bleibt die Spannung am Gerät konstant, während sich der Strom ändert.
Spezifikationen der Zenerdiode
Durchbruchspannung : Die Durchbruchspannung variiert zwischen 2,4 und 200 Volt.
Strom (maximal) Iz : Dies ist der maximale Strom bei der Zener-Nennspannung, wobei Vz zwischen 200 Mikroampere und 200 Ampere liegt.
Strom Iz (min) : Der kleinste Stromwert ist für einen Diodenausfall erforderlich.
Nennleistung : Dies ist die maximale Leistung, die die Diode verbrauchen kann. Es handelt sich um die Spannung und den Strom, die durch die Diode fließen.
Temperaturstabilität : 5 V sind für die optimale Temperaturstabilität von Dioden erforderlich.
Ⅱ Was ist das Zenerdiodensymbol ?
In einer Zenerdiode fließt elektrischer Strom von der Anode zur Kathode und von der Kathode zur Anode . Das Zener-Diodensymbol ist identisch mit dem Standard-PN-Übergangsdiodensymbol, weist jedoch gebogene Kanten am vertikalen Balken auf.
Symbol der Zenerdiode im Schaltplan
Zenerdiodensymbol
Ⅲ Schaltplan der Zenerdiode
Das Schaltbild der Zenerdiode ist im Bild unten dargestellt. Bei Sperrspannung wird eine Zener-Diode verwendet. Bei der Sperrvorspannung wird das n-Typ-Material der Diode mit dem Pluspol der Versorgung und das P-Typ-Material mit dem Minuspol der Versorgung verbunden. Da die Diode aus stark dotiertem Halbleitermaterial besteht, ist der Verarmungsbereich recht schmal.
Ⅳ Wie funktioniert eine Zenerdiode?
Bei Verwendung in einer Schaltung mit Vorspannung in Durchlassrichtung verhält sich die Zener-Diode wie jede andere Diode. Wenn die Schaltung in Sperrichtung vorgespannt ist, wird der Strom angehalten, bis die Zenerspannung erreicht ist. Diese Eigenschaft ist von Bedeutung, da sie ein zuverlässiges Spannungsmanagement bei der Übertragung großer Ströme ermöglicht. Die Zenerspannung kann durch Dotieren des Geräts nach Bedarf feinabgestimmt werden.
Obwohl die Strom-Spannungs-Kurve (IV) einer Zener-Diode der einer gewöhnlichen pn-Übergangsdiode ähnelt, gibt es in der IV-Kennlinie einer Zener-Diode drei verschiedene Zonen.
Abb. 2. Kennlinie der Zener-Diode IV und Schaltplan für einen Spannungsregler mit Zener-Diode
Der Vorwärtsvorspannungsbereich ist als der Bereich definiert, in dem die angelegte Spannung in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist und das Gerät den Fluss eines Vorwärtsvorspannungsstroms zulässt. Die angelegte Spannung ist in der Sperrvorspannungszone in Sperrrichtung vorgespannt, ebenso wie der Stromfluss, der im Durchbruchsbereich erheblich ansteigt, nachdem die angelegte Spannung die Zenerspannung überschreitet.
Es gibt drei verschiedene Phänomene, die bei der Funktionsweise einer Zener-Diode eine Rolle spielen .
Bei der Sperrvorspannung erfolgt der Zenerdurchbruch vor dem Lawinendurchbruch. Ein Zener-Durchbruch tritt auf, wenn Elektronen quantenmechanisch über den Verarmungsbereich einer Diode tunneln, wohingegen ein Lawinendurchbruch auftritt, wenn Minoritätsladungsträger in der Verarmungszone auf andere Atome treffen und neue Ladungsträger bilden.
Die Durchbruchspannung in der Diode, an der der Sperrstrom auftritt, wird als Zenerspannung bezeichnet. Die Schwellenspannung ist der Punkt, an dem das angelegte elektrische Feld hoch genug wird, um die Energie bereitzustellen, die Elektronen zum Quantentunneln durch einen ansonsten verbotenen Ort benötigen.
Im Allgemeinen sind Zenerdioden in Schaltungen mit Sperrvorspannung von Vorteil. Eine Zenerdiode verhält sich im Durchlasszustand wie jede andere Diode.
Ⅴ Wie teste ich eine Zenerdiode?
Abbildung 2 zeigt außerdem den Grundaufbau einer Zener-Diode in einem Spannungsregler. Diese Schaltungsanordnung kann zum Testen und Bestimmen der Zenerspannungscharakteristik des Geräts verwendet werden. An die Zener-Diode wird eine Eingangsspannung angelegt und der Lastwiderstand wird mit einem Voltmeter oder einem ähnlichen Gerät abgetastet, um die Ausgangs-Zener-Spannung zu messen. Der in Reihe mit dem Spannungseingang geschaltete Widerstand steuert den Eingangsstrom. Die an der Last gemessene Spannung ist die Zenerspannung. Unter der Annahme, dass der Sperrstrom die thermischen Grenzen des Geräts nicht überschreitet, kann die Diode einen erheblichen Strom führen und gleichzeitig eine konstante Spannung an einer Last aufrechterhalten.
Ⅵ Unterschiede im Avalanche Breakdown und im Zener Breakdown
Der Lawinendurchbruch wird durch Kollisionen zwischen Elektronen im Verarmungsbereich verursacht, während der Zenerdurchbruch durch ein hohes elektrisches Feld verursacht wird.
Bei schwach dotierten PN-Übergangsdioden tritt ein Lawinendurchbruch auf, während bei stark dotierten PN-Übergangsdioden ein Zener-Durchbruch auftritt.
Nach dem Lawinendurchbruch kann die Diode ihre Ausgangsposition nicht wieder einnehmen, wohl aber nach dem Zenerdurchbruch.
Beim Zener-Durchbruch ist das elektrische Feld in der Verarmungszone größer als beim Lawinen-Durchbruch.
Beim Lawinendurchbruch entstehen sowohl Loch- als auch Elektronenpaare, während beim Zenerdurchbruch aufgrund eines starken elektrischen Feldes ausschließlich Elektronen entstehen.
Der Lawinendurchschlag wird durch eine hohe Sperrspannung verursacht, während der Zenerdurchschlag durch eine niedrige Sperrspannung verursacht wird.
Der Lawinendurchbruch hat einen positiven Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass er mit steigender Temperatur zunimmt, während der Zenerdurchbruch einen negativen Temperaturkoeffizienten hat, was bedeutet, dass er mit steigender Temperatur abnimmt.
Im Gegensatz zum Lawinendurchbruch weist der Zener-Durchbruch eine starke Kurve in seinen VI-Eigenschaften auf.
Ⅶ VI-Eigenschaften der Zenerdiode
Die VI-Kennlinie, auch Volt-Ampere-Kennlinie genannt, ist ein Diagramm, das die Stromänderung als Funktion der an der Verbindungsstelle angelegten Spannung darstellt. Die VI-Eigenschaften der Zenerdiode werden in zwei Typen eingeteilt: Durchlasseigenschaften und Sperreigenschaften. Lassen Sie uns sie im Detail durchgehen.
7.1 Vorwärtseigenschaften
Die Durchlasseigenschaften der Zener-Diode sind im ersten Quadranten der obigen Grafik zu sehen. Die Grafik zeigt deutlich, dass die Durchlasseigenschaften der Zener-Diode mit denen einer typischen PN-Sperrschichtdiode identisch sind, d. h. eine Erhöhung der den Anschluss umgebenden Spannung erhöht den durch den Schaltkreis fließenden Strom. Aufgrund der erhöhten Dotierungskonzentration in der Zener-Diode fließt jedoch mehr Strom durch sie als durch eine typische PN-Diode.
7.2 Umkehreigenschaften
Wenn die Zenerdiode in Sperrichtung vorgespannt ist, fließt aufgrund thermisch erzeugter Minoritätsladungsträger zunächst nur ein geringer Leckstrom durch den Schaltkreis. Wenn die angelegte Sperrspannung jedoch weiter auf einen bestimmten Wert der Sperrspannung erhöht wird, kommt es zum Durchbruch und es wird ein starker Anstieg des Rückstroms beobachtet. Die Zenerspannung (Vz) ist der Wert der Sperrspannung an der Stelle, an der der Durchschlag aufgetreten ist, und der Zenereffekt ist der Durchschlagseffekt. Der durch die Zenerdiode fließende Strom kann durch einen externen Widerstand begrenzt werden. Die durch die Diode fließende Spannung (V) kann mithilfe der Formel quantitativ geschätzt werden:
V=Vz+IzRz
Dabei ist Vz die Zener-Durchbruchspannung, Iz der durch die Zener-Diode fließende Strom und Rz der Zener-Widerstand.
Ⅷ Vorteile der Zenerdiode
Die Zenerdiode ist kostengünstig.
Es hält die Eingangsspannung stabil und passt sie an.
Es verfügt über eine einfache Schaltung und ist sehr kompatibel.
Es wird üblicherweise zum Schutz der Elektronik vor Überspannungen in Stromkreisen verwendet.
Am Ausgangsanschluss liefert es eine konstante Spannung.
Es ist in der Lage, den überschüssigen Stromfluss im Stromkreis zu kontrollieren.
Es fungiert als Wellenform-Clipper.
Ⅸ Nachteile der Zenerdiode
Die Zenerdiode legt noch mehr Sperrspannung an, um die überschüssige Eingangsspannung auszugleichen, wodurch viel Strom verschwendet wird.
Da ihre Effizienz bei großen Lastströmen abnimmt, sind Zenerdioden nicht geeignet, wenn der Laststrom zu hoch ist.
Die Ausgangsspannung variiert aufgrund des Zenerwiderstands etwas.
Die Schaltung hat eine hohe Innenimpedanz.
Für die Spannungsregelung sind Transistoren gegenüber Zenerdioden vorzuziehen, da sie ein höheres Regelverhältnis haben.
Wir können die Ausgangsspannung nicht ändern, da die Zenerspannung gleich der Ausgangsspannung ist (Vo=Vz).
Ⅹ Avalanche Breakdown vs. Zener Breakdown
Die wichtigsten Unterschiede zwischen Avalanche Breakdown und Zener Breakdown sind unten aufgeführt:
Parameter | Zener-Zusammenbruch | Lawinenabbruch |
Definition | Es tritt bei Zenerdioden auf, deren Vz zwischen 5 und 8 Volt oder weniger als 5 V beträgt. | Ein Lawinendurchbruch tritt im pn-Übergang auf, wenn Vz größer als 8 Volt ist. |
Verarmungsbereich | Die Verarmungsregion ist dünn. | Die Verarmungsregion ist dick. |
Elektrischer Anschluss | Die Verbindung wird nicht zerstört. | Verbindung wird zerstört. |
Elektrisches Feld | Das elektrische Feld ist stark. | Das elektrische Feld ist schwach. |
Temperaturkoeffizient | Negativ | Positiv |
Spannungsverhältnis zur Temperatur | Invers proportional | Direkt proportional |
Struktur | PN-Übergangsdiode | Hochentwickelte p- und n-Region |
Ⅺ Anwendungen der Zenerdiode
Die Hauptanwendungen von Zener-Dioden sind die folgenden:
Clipper-Schaltungen
Spannungsverschiebung
Spannungsregulierung
Überspannungsschutz
Ⅻ Zenerdiode als Spannungsregler
Ein Spannungsregler zielt darauf ab, trotz variabler Lastströme und Versorgungsspannungen eine konstante Lastspannung aufrechtzuerhalten. Bei Zenerdioden sorgt die Zenerspannung für die Spannungssteuerung. Im umgekehrten Leitmodus hält die Zenerdiode eine konstante Spannung an ihrem Anschluss aufrecht und verändert gleichzeitig den Stromfluss durch sie. Dadurch bleibt die Spannung an der Parallellast konstant.
ABSCHLUSS
Bei Vorspannung in Durchlassrichtung fungiert eine Zener-Diode als einfache Diode (Ein).
Bei Sperrspannung bis zur Zener-Spannung kann eine Zener-Diode als Ausschalter (VZ) dienen.
Von der Zenerspannung (VZ) bis zum Lawinendurchbruch ist der Ausgang einer Zenerdiode nahezu konstant und entspricht der Zenerspannung (VZ).
Eine geringfügige Änderung der Eingangsspannung führt beim Betrieb im Zener-Modus zu einem schnellen Anstieg des Zenerstroms (IZ), der durch den Einsatz eines Serienwiderstands (RS) reduziert werden kann.
Stromversorgung, Spannungsregler, Schutzschaltungen und Wellenformer sind die typischsten Anwendungen für Zener-Dioden.
Normalerweise wird empfohlen, das Datenblatt einer Zener-Diode zu studieren, bevor man sie verwendet, um ihre Nenneigenschaften gemäß den Designanforderungen zu bestimmen.
Häufig gestellte Fragen – FAQ
1. Wie definieren Sie eine Zenerdiode?
Eine Zenerdiode ist ein Halbleiterbauelement, das den Stromfluss entweder in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung ermöglicht.
2. Warum wird die Zenerdiode als Regler verwendet?
Als Shunt-Spannungsregler wird eine Zenerdiode verwendet. Die Zener-Diode ist parallel zur Last geschaltet, um sie in Sperrrichtung vorzuspannen, und nachdem die Zener-Diode die Kniespannung überschreitet, wird die Spannung an der Last konstant.
3. Zeigt die Zenerdiode einen kontrollierten Durchbruch?
Ja, bei einer Zenerdiode kommt es zu einem kontrollierten Durchschlag .
4. Was ist der Unterschied zwischen einer Zenerdiode und einer normalen Diode?
Der Stromfluss unterscheidet eine Zenerdiode von einer normalen Diode. Eine typische Diode ermöglicht den Stromfluss nur in eine Richtung, eine Zenerdiode ermöglicht jedoch den Stromfluss in beide Richtungen.
5. Was ist Zener-Zusammenbruch?
Der Zener-Durchschlag wird meist durch ein starkes elektrisches Feld verursacht. Wenn ein starkes elektrisches Feld an eine PN-Übergangsdiode angelegt wird, beginnen Elektronen über den PN-Übergang zu fließen. Dadurch wächst der kleine Strom in der Sperrvorspannung.
6. Was ist der Unterschied zwischen einer Zenerdiode und einer normalen PN-Sperrschichtdiode?
Der Hauptunterschied zwischen einer typischen PN-Übergangsdiode und einer Zener-Diode besteht darin, dass erstere den Stromfluss nur in eine Richtung zulässt, während letztere den Stromfluss in beide Richtungen zulässt.
7. Hat ein Zenerdiodensymbol einen Kreis?
Der Kreis ist ein optionaler Stil, der in der Vergangenheit beliebt war, heute werden Dioden jedoch normalerweise ohne ihn gezeichnet.
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