झेनर डायोड कसे कार्य करते

जेनर डायोड किंवा जेनर डायोड (सेमीकंडक्टर झेनर डायोड) हा एक विशेष डायोड आहे जो pn जंक्शनच्या रिव्हर्स बायस परिस्थितीत स्थिर ब्रेकडाउन मोडमध्ये कार्य करतो. हे ब्रेकडाउन होईपर्यंत, बंद केलेल्या झेनर डायोडच्या उच्च प्रतिकारामुळे, झेनर डायोडमधून फक्त एक अतिशय लहान प्रवाह वाहते, गळती प्रवाह.

परंतु जेव्हा एखादा दोष उद्भवतो तेव्हा विद्युत् प्रवाह झटपट वाढतो कारण झेनरचा विभेदक प्रतिकार अपूर्णांकांपासून शेकडो ओमपर्यंत असतो. अशाप्रकारे, झेनर डायोडवरील व्होल्टेज रिव्हर्स करंट्सच्या तुलनेने विस्तृत श्रेणीवर अगदी अचूकपणे राखले जाते.

अमेरिकन भौतिकशास्त्रज्ञ क्लेरेन्स मेल्विन झेनर (1905 - 1993) या शास्त्रज्ञाच्या सन्मानार्थ जेनर डायोडला झेनर डायोड (इंग्रजी जेनर डायोडमधून) असे म्हणतात.

जेनरने शोधलेले पीएन जंक्शनचे इलेक्ट्रिकल ब्रेकडाउन, टनेलिंग इफेक्टशी संबंधित, पातळ संभाव्य अडथळ्याद्वारे इलेक्ट्रॉन गळतीची घटना, याला आता झेनर इफेक्ट म्हणतात, जो आज अर्धसंवाहक जेनर डायोडमध्ये काम करतो.

प्रभावाचे भौतिक चित्र खालीलप्रमाणे आहे.p-n जंक्शनच्या रिव्हर्स बायसमध्ये, ऊर्जा बँड ओव्हरलॅप होतात आणि इलेक्ट्रॉन p-क्षेत्राच्या व्हॅलेन्स बँडवरून n-क्षेत्राच्या वहन बँडकडे जाऊ शकतात, कारण विद्युत क्षेत्र, यामुळे फ्री चार्ज वाहकांची संख्या वाढते आणि रिव्हर्स करंट झपाट्याने वाढते.

अशा प्रकारे, जेनर डायोडचा मुख्य उद्देश व्होल्टेज स्थिर करणे आहे. उद्योग 1.8 V ते 400 V पर्यंत स्थिरीकरण व्होल्टेजसह सेमीकंडक्टर झेनर डायोड तयार करतो, उच्च, मध्यम आणि कमी पॉवर, जे कमाल स्वीकार्य रिव्हर्स करंटमध्ये भिन्न असतात.

या आधारावर साधे व्होल्टेज स्टॅबिलायझर्स बनवले जातात. आकृत्यांमध्ये, झेनर डायोड डायोड चिन्हासारख्या चिन्हाद्वारे दर्शविलेले आहेत, फक्त फरक आहे की झेनर डायोडचे कॅथोड "G" अक्षराच्या रूपात चित्रित केले आहे.

सुमारे 7 V च्या स्थिरीकरण व्होल्टेजसह सुप्त एकात्मिक रचना असलेले जेनर डायोड हे सर्वात अचूक आणि स्थिर सॉलिड-स्टेट व्होल्टेज संदर्भ स्रोत आहेत: त्यांची उत्कृष्ट उदाहरणे वैशिष्ट्यपूर्णपणे सामान्य वेस्टन गॅल्व्हॅनिक सेल (पारा कॅडमियम संदर्भ गॅल्व्हॅनिक सेल) जवळ आहेत.

हाय-व्होल्टेज हिमस्खलन डायोड्स ("TVS-डायोड्स" आणि "सप्रेसर"), जे सर्व प्रकारच्या उपकरणांच्या लाट संरक्षण सर्किट्समध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात, हे विशेष प्रकारच्या झेनर डायोडशी संबंधित आहेत.

तुम्ही बघू शकता, झेनर डायोड, पारंपारिक डायोडच्या विपरीत, I — V वैशिष्ट्याच्या उलट शाखेवर कार्य करतो. सामान्य डायोडमध्ये, रिव्हर्स व्होल्टेज लागू केल्यास, तीनपैकी एका मार्गाने (किंवा सर्व एकाच वेळी) बिघाड होऊ शकतो: बोगदा तुटणे, हिमस्खलन खंडित होणे आणि गळतीच्या प्रवाहांपासून थर्मल हीटिंगमुळे ब्रेकडाउन.

सिलिकॉन झेनर डायोडचे थर्मल ब्रेकडाउन महत्त्वाचे नाही कारण ते अशा प्रकारे डिझाइन केले आहेत की एकतर बोगदा तुटणे, हिमस्खलन तुटणे किंवा दोन्ही प्रकारचे ब्रेकडाउन थर्मल ब्रेकडाउन ट्रेंडच्या खूप आधी एकाच वेळी घडतात. मालिका झेनर डायोड सध्या बहुतेक सिलिकॉनचे बनलेले आहेत.

5 V पेक्षा कमी व्होल्टेजमध्ये ब्रेकडाउन हे जेनर प्रभावाचे प्रकटीकरण आहे, 5 V वरील ब्रेकडाउन हे हिमस्खलन ब्रेकडाउनचे प्रकटीकरण आहे. साधारणतः 5 V चा इंटरमीडिएट ब्रेकडाउन व्होल्टेज या दोन प्रभावांच्या संयोजनामुळे उद्भवतो. जेनर डायोडच्या ब्रेकडाउनच्या क्षणी विद्युत क्षेत्राची ताकद सुमारे 30 MV / m आहे.

जेनर डायोडचे विघटन माफक प्रमाणात डोप केलेले पी-टाइप सेमीकंडक्टर्स आणि हेवीली डोपड एन-टाइप सेमीकंडक्टर्समध्ये होते. जंक्शन तापमान वाढल्यामुळे, झेनर डायोड स्ट्रिपिंग कमी होते आणि हिमस्खलन ब्रेकडाउन योगदान वाढते.

जेनर डायोड्समध्ये खालील वैशिष्ट्यपूर्ण वैशिष्ट्ये आहेत. Vz - स्थिरीकरण व्होल्टेज. दस्तऐवजीकरण या पॅरामीटरसाठी दोन मूल्ये निर्दिष्ट करते: कमाल आणि किमान स्थिरीकरण व्होल्टेज. Iz हा किमान स्थिरीकरण प्रवाह आहे. Zz हा झेनर डायोडचा प्रतिकार आहे. Izk आणि Zzk — डायरेक्ट करंटवर वर्तमान आणि डायनॅमिक प्रतिकार. Ir आणि Vr हे दिलेल्या तापमानात जास्तीत जास्त गळती करंट आणि व्होल्टेज आहेत. Tc तापमान गुणांक आहे. Izrm - जेनर डायोडचा जास्तीत जास्त स्थिरीकरण प्रवाह.

ट्रान्झिस्टर स्टॅबिलायझर्समध्ये जेनर डायोड्सचा स्वतंत्र स्थिरीकरण घटक, तसेच संदर्भ व्होल्टेज (संदर्भ व्होल्टेज) स्त्रोत म्हणून मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.

लहान संदर्भ व्होल्टेज मिळविण्यासाठी, सामान्य डायोड्सप्रमाणे, झेनर डायोड देखील पुढे दिशेने चालू केले जातात, नंतर एका झेनर डायोडचे स्थिरीकरण व्होल्टेज 0.7 - 0.8 व्होल्ट असेल.

झेनर डायोडच्या शरीराद्वारे विखुरलेली कमाल शक्ती सामान्यत: 0.125 ते 1 वॅटच्या श्रेणीमध्ये असते. हे, एक नियम म्हणून, आवेग आवाजाविरूद्ध संरक्षणात्मक सर्किट्सच्या सामान्य ऑपरेशनसाठी आणि कमी-पॉवर स्टॅबिलायझर्सच्या बांधकामासाठी पुरेसे आहे.