Приложения на ценеров диод в електронни схеми

Ценеровият диод е един от най-важните компоненти, използвани за контрол на напрежението и защита в електронните схеми.Тази статия обяснява как ценеровият диод работи в различни роли, от поддържане на стабилни нива на напрежение и защита от пренапрежение до осигуряване на точни справки за напрежение и оформяне на сигнални вълни.Той също така обхваща как Zener диодите се използват в приложения за превключване, клипсиране, затягане и задействане, показвайки техния широк спектър от приложения както в аналогови, така и в цифрови системи.

Каталог

Фигура 1: Ценеров диод

Регулиране на напрежението с помощта на ценеров диод

Ценеровият диод поддържа стабилно напрежението в товара, дори когато входът се промени.Той работи при обратно отклонение, където поддържа фиксирано напрежение, наречено Zener напрежение.Когато входното напрежение се увеличи, диодът позволява да тече повече ток и поддържа напрежението постоянно.Когато входът падне, той позволява по-малко ток, но все още поддържа същото напрежение в товара.

Фигура 2: Схема на регулатор на напрежението с ценеров диод

В прост регулатор на постоянен ток, резистор е поставен последователно с ценеровия диод.Резисторът ограничава тока, докато Zener поддържа напрежението стабилно.Например, ако 12 V Zener се използва с 15 V захранване, резисторът пада с 3 V и изходът остава 12 V. По този начин товарът винаги получава стабилно напрежение, дори ако входът или товарът се променят леко.

Zener регулаторите са често срещани в много вериги.Те се използват в захранващи устройства за осигуряване на постоянна мощност, в зарядни устройства за батерии за предотвратяване на пренапрежение и във вградени системи за защита на чувствителни части.Те са прости, надеждни и рентабилни за регулиране на напрежението с ниска мощност.

Ценеров диод във вериги за защита от пренапрежение

Ценеров диод предпазва чувствителните части от внезапни скокове на напрежението.Когато напрежението надхвърли стойността на разрушаване на Zener, диодът започва да провежда.Той отклонява допълнителния ток и поддържа напрежението на безопасно ниво.Когато напрежението се върне към нормалното, диодът спира да провежда и веригата отново работи нормално.Това просто действие предпазва компонентите от повреда, причинена от пикове в мощността.

Фигура 3: Сравнение на верига без и с ценеров диод

В защитна верига ценеровият диод е поставен в обратно отклонение през входните клеми.При нормално напрежение той остава изключен и не засяга веригата.Когато входът се повиши над номиналната си стойност, той провежда и ограничава напрежението до фиксирана граница.

Ценеров диод като еталонно напрежение във вериги

Ценеровият диод дава точно и стабилно напрежение във верига.Когато работи в зоната на повреда, напрежението в него остава почти постоянно.Това се случва дори ако захранващото напрежение или ток се променят.Поради това ценеровият диод често се използва за осигуряване на фиксирано референтно напрежение за други компоненти.

Фигура 4: Референтна верига на ценеровия диод

Това стабилно напрежение е много важно както в аналоговите, така и в цифровите схеми.В аналоговите схеми поддържа прецизната работа на усилвателите и сензорите.В цифровите системи дава стабилна референция за ADC и DAC, така че сигналите да се преобразуват правилно.Без стабилна справка показанията могат да станат шумни или неточни.

Ценеровият референт е по-надежден от резисторния делител.Резисторният делител променя своя изход, когато захранването или натоварването варират.Ценеровият диод остава стабилен и поддържа напрежението постоянно.

Ценеров диод в схеми за подрязване и затягане

Ценеровият диод се използва в схеми за подрязване и затягане за контрол на нивата на напрежение на сигнала.Когато входният сигнал надхвърли зададеното напрежение, Zener започва да провежда.Той ограничава сигнала, така че да не може да се повишава или пада над номиналното си напрежение.Това действие оформя формата на вълната и я поддържа в безопасен диапазон.

Често срещан пример е машинката за подстригване с Zener диод.Два ценерови диода са поставени в противоположни посоки на сигнала.Когато сигналът превиши напрежението на пробив във всяка посока, един от диодите провежда.Това изрязва равномерно както положителните, така и отрицателните страни на сигнала и поддържа изхода стабилен.

Фигура 5: Схемни вериги на ценеров диод

Ценерови диодни вериги като тези се използват при кондициониране на формата на вълната и защита на сигнала.Те предпазват усилвателите и сензорите от пикове на напрежението.Те също така поддържат сигналите чисти и контролирани в аудио, комуникационни и измервателни системи.

Ценеров диод в превключващи и задействащи вериги

Ценеровият диод се използва в превключващи и задействащи вериги за задаване на фиксирано ниво на напрежение за превключване.Когато входното напрежение е под точката на разпадане на Zener, той не провежда.След като напрежението достигне това ниво, Zener провежда и променя състоянието на веригата.Това го кара да действа като превключвател, контролиран от напрежението, който се включва в точно определена точка.

Фигура 6: Ценеров диод, управляващ задействането на SCR

Един пример е транзисторна верига с Zener-контролирано базово отклонение.Zener е свързан към основата на транзистора.Когато входното напрежение е ниско, транзисторът остава изключен.Когато входът достигне ценеровото напрежение, диодът провежда и включва транзистора.Това осигурява стабилна и надеждна точка на превключване.

Ценеровите диоди също се използват в вериги за задействане и управление на SCR.Те задават точката на напрежение, където SCR започва да провежда.Това гарантира, че SCR се включва в правилния момент във формата на вълната.Такова управление е важно в преобразувателите, регулаторите на мощността и синхронизиращите вериги.

Заключение

Ценеровите диоди играят жизненоважна роля за поддържане на стабилност на напрежението и защита на веригата.Те регулират напрежението в захранващите устройства, предпазват устройствата от пренапрежения и осигуряват надеждни референтни напрежения за сензори и преобразуватели.Тяхната способност да оформят и контролират сигнали също ги прави полезни при кондициониране на формата на вълната, превключване и задействане на SCR.Със своя прост дизайн, ниска цена и надеждна производителност, ценеровите диоди остават идеални компоненти в съвременните електронни схеми.