المجموعات

نظرية زينر ديود وعملية

 نظرية زينر ديود وعملية

يستخدم الصمام الثنائي Zener نفس البنية الأساسية مثل الصمام الثنائي العادي ، لكن مفهوم تشغيل تأثيرات الانهيار العكسي غير مرغوب فيه عادةً أو يستخدم في عملية الصمام الثنائي العادية.

تم تحسين هيكل Zener diode لضمان الأداء المطلوب - وهذا يستلزم بعض الاختلافات في هيكل الصمام الثنائي العادي.

نظرية زينر ديود والتشغيل

هناك تأثيران يمكن استخدامهما في ثنائيات زينر. أحدهما يسمى انهيار Zener ، والآخر ، التأثير أو الانهيار الجليدي. يسود تأثير Zener أقل من 5.5 فولت بينما تأثير التأين هو التأثير الرئيسي فوق هذا الجهد.

التأثيران مختلفان تمامًا ، على الرغم من أنهما ينتجان تأثيرات متطابقة تقريبًا.

  • تأثير انهيار زينر: تأثير انهيار Zener هو الذي يكتسب منه الصمام الثنائي اسمه الشائع. إنه تأثير نفق التأثير الميكانيكي الكمومي ، ولكن عند تطبيقه على الصمام الثنائي المرجعي للجهد ، فإنه يحتفظ باسم Zener على اسم الرجل الذي اكتشفه.

    في معظم الظروف ، توجد الإلكترونات داخل الذرات في الشبكة البلورية. في هذه الحالة هم في ما يسمى فرقة التكافؤ. إذا تم وضع مجال كهربائي كبير عبر أشباه الموصلات ، فقد يكون هذا كافيًا لسحب الإلكترونات من الذرة إلى ما يسمى نطاق التوصيل. عندما تكون خالية من الذرة فإنها تكون قادرة على توصيل الكهرباء ، وهذا يؤدي إلى ظهور اسم نطاق التوصيل. لكي يمروا من شريط التكافؤ إلى شريط التوصيل ، يجب أن تكون هناك قوة معينة لسحبهم مجانًا. لقد وجد أنه بمجرد وجود مستوى معين من المجال الكهربائي ، يتم سحب عدد كبير من الإلكترونات مجانًا مما يسمح للتيار بالبدء فجأة في التدفق بمجرد الوصول إلى جهد عكسي معين. تم اقتراح تأثير Zener لأول مرة من قبل الدكتور كلارنس زينر في عام 1934 والذي اكتسب اسمه منه.

  • تأثير التأين: يختلف التأين الصادمي اختلافًا كبيرًا عن انهيار Zener ويحدث عندما يوجد مجال كهربائي مرتفع في أشباه الموصلات. تنجذب الإلكترونات بقوة وتتجه نحو الإمكانات الإيجابية. في ضوء المجال الكهربائي العالي ، تزداد سرعتها ، وغالبًا ما تصطدم هذه الإلكترونات عالية الطاقة بشبكة أشباه الموصلات.

    عندما يحدث هذا ، يتم إنشاء زوج ثقب إلكترون. يتحرك هذا الإلكترون الذي تم إنشاؤه حديثًا نحو الجهد الموجب ويتسارع تحت المجال الكهربائي العالي ، وقد يصطدم بالشبكة. يتحرك الثقب ، المشحون بشحنة موجبة في الاتجاه المعاكس للإلكترون. إذا كان المجال قويًا بدرجة كافية ، تحدث أعداد كافية من التصادمات بحيث يحدث تأثير يُعرف باسم انهيار الانهيار الجليدي. يحدث هذا فقط عندما يتم تجاوز مجال معين ، أي عندما يتم تجاوز جهد عكسي معين لذلك الصمام الثنائي ، مما يجعله يعمل في الاتجاه العكسي لجهد معين ، وهو ما هو مطلوب فقط للديود المرجعي للجهد.

تأثير الانهيار العكسي في الصمام الثنائي لهما خصائص متشابهة للغاية ، لكنهما ليسا متماثلين. في معظم الحالات ، من الممكن تجاهل الاختلاف بين التأثيرين واستخدام الصمام الثنائي بنفس الطريقة.

عملية الصمام الثنائي

تخضع تأثيرات التوصيل العكسي ، المشتركة مع العديد من الجوانب الأخرى لتكنولوجيا أشباه الموصلات ، لتغيرات درجة الحرارة. لقد وجد أن تأثير التأين وتأثيرات زينر لهما معامل درجة حرارة في اتجاهين متعاكسين. تأثير Zener الذي يسود أقل من 5.5 فولت يظهر معامل درجة حرارة سالب. ومع ذلك ، فإن تأثير الانهيار الجليدي وهو التأثير الرئيسي فوق 5.5 فولت له معامل درجة حرارة إيجابي.

ونتيجة لذلك ، فإن ثنائيات زينر أو الثنائيات المرجعية للجهد ذات الفولتية العكسية بحوالي 5.5 فولت حيث يحدث التأثيران بشكل متساوٍ تقريبًا يكون لها معامل درجة الحرارة الإجمالية الأكثر استقرارًا لأنها تميل إلى موازنة بعضها البعض للحصول على الأداء الأمثل.

الجهد العكسي الفعلي قابل للتكرار لصمام ثنائي معين ويعتمد على الهندسة الداخلية وخصائص الصمام الثنائي.

الفرق بين تشغيل الصمام الثنائي وزينر

الثنائيات المرجعية للجهد Zener قادرة على العمل في حالة الانهيار العكسي ضمن مواصفاتها بشكل موثوق للغاية. إذا تم تشغيل صمام تقاطع PN التقليدي في انهيار عكسي ، فمن المرجح أن يتضرر بشكل لا يمكن إصلاحه.

عندما يتم تطبيق جهد عكسي على صمام ثنائي تقاطع PN تقليدي ويزداد الجهد ، فإنه سينهار في النهاية وسيخضع لتيار مرتفع بسبب انهيار الانهيار الجليدي. إذا لم يكن هذا التيار مقيدًا بالدوائر المحيطة ، فمن المحتمل جدًا أن يتلف الصمام الثنائي بسبب ارتفاع درجة الحرارة.

يعرض الصمام الثنائي Zener نفس الخصائص تقريبًا ، باستثناء أن الجهاز مصمم خصيصًا لخفض جهد الانهيار. كما تم تصميم طوبولوجيا Zener diode أو طوبولوجيا الصمام الثنائي المرجعي للجهد بطريقة تعرض الصمام الثنائي لانهيار محكوم ويسمح للتيار بالحفاظ على الجهد عبر الصمام الثنائي Zener بالقرب من جهد الانهيار.

تستخدم ثنائيات زينر على نطاق واسع لمجموعة من التطبيقات المختلفة التي تتطلب جهدًا ثابتًا. على الرغم من وجود تأثيرين يُظهران جهد الانهيار العكسي المستقر ، يشار إلى الثنائيات عالميًا باسم ثنائيات زينر.


شاهد الفيديو: فحص و اختبار الديود زينر باستخدام الأفو ميتر (قد 2021).