كيف يعمل الصمام الثنائي زينر

Zener diode أو zener diode (أشباه الموصلات zener diode) هو صمام ثنائي خاص يعمل في وضع انهيار مستقر تحت ظروف التحيز العكسي لتقاطع pn. حتى يحدث هذا الانهيار ، يتدفق تيار صغير جدًا فقط عبر الصمام الثنائي زينر ، تيار التسرب ، بسبب المقاومة العالية لصمام زينر المغلق.

ولكن عند حدوث خطأ ، يزداد التيار على الفور لأن المقاومة التفاضلية للزينر تكون عند هذه النقطة من الكسور إلى مئات الأوم. بهذه الطريقة ، يتم الحفاظ على الجهد عبر الصمام الثنائي زينر بدقة شديدة على مدى واسع نسبيًا من التيارات العكسية.

يُطلق على الصمام الثنائي Zener diode (من الصمام الثنائي Zener الإنجليزي) تكريما للعالم الذي اكتشف لأول مرة ظاهرة انهيار النفق ، الفيزيائي الأمريكي كلارنس ملفين زينر (1905-1993).

الانهيار الكهربائي لتقاطع pn ، الذي اكتشفه Zener ، المرتبط بتأثير النفق ، ظاهرة تسرب الإلكترون من خلال حاجز محتمل رقيق ، يسمى الآن تأثير زينر ، والذي يعمل اليوم في ثنائيات زينر شبه الموصلة.

الصورة المادية للتأثير على النحو التالي.في التحيز العكسي لتقاطع p-n ، تتداخل نطاقات الطاقة ويمكن أن تنتقل الإلكترونات من نطاق التكافؤ في المنطقة p إلى نطاق التوصيل للمنطقة n ، بسبب الحقل الكهربائي، وهذا يزيد من عدد ناقلات الشحن المجاني ، ويزيد التيار العكسي بشكل حاد.

وبالتالي ، فإن الغرض الرئيسي من الصمام الثنائي زينر هو تثبيت الجهد. تنتج الصناعة ثنائيات زينر أشباه الموصلات بجهد استقرار من 1.8 فولت إلى 400 فولت ، طاقة عالية ومتوسطة ومنخفضة ، والتي تختلف في الحد الأقصى المسموح به للتيار العكسي.

على هذا الأساس ، يتم تصنيع مثبتات الجهد البسيطة. في المخططات ، تتم الإشارة إلى ثنائيات زينر برمز مشابه لرمز الصمام الثنائي ، مع الاختلاف الوحيد الذي يصور كاثود ثنائيات زينر في شكل الحرف «G».

تعد ثنائيات زينر ذات الهيكل المتكامل الكامن ، بجهد استقرار يبلغ حوالي 7 فولت ، أكثر المصادر المرجعية لجهد الحالة الصلبة دقة واستقرارًا: أفضل أمثلةها قريبة بشكل مميز من خلية ويستون الجلفانية العادية (خلية كادميوم مرجعية للزئبق).

تنتمي الثنائيات الجليدية عالية الجهد ("صمامات TVS" و "المكثفات") ، والتي تُستخدم على نطاق واسع في دوائر حماية الطفرة لجميع أنواع المعدات ، إلى نوع خاص من ثنائيات زينر.

كما ترون ، فإن الصمام الثنائي zener ، على عكس الصمام الثنائي التقليدي ، يعمل على الفرع العكسي لخاصية I - V. في الصمام الثنائي العادي ، إذا تم تطبيق جهد عكسي عليه ، يمكن أن يحدث الفشل بإحدى الطرق الثلاث (أو كلها مرة واحدة): انهيار النفق ، وانهيار الانهيار الجليدي ، والانهيار بسبب التسخين الحراري من التيارات المتسربة.

لا يعد الانهيار الحراري لثنائيات زينر السيليكونية مهمًا لأنها مصممة بحيث يحدث إما انهيار النفق أو انهيار الانهيار أو كلا النوعين من الانهيار في وقت واحد قبل فترة طويلة من اتجاه الانهيار الحراري. تصنع ثنائيات زينر المتسلسلة حاليًا في الغالب من السيليكون.

الانهيار عند جهد أقل من 5 فولت هو مظهر من مظاهر تأثير Zener ، والانهيار فوق 5 فولت هو مظهر من مظاهر انهيار الانهيار الجليدي. ينتج جهد الانهيار المتوسط ​​حوالي 5 فولت عادةً عن مزيج من هذين التأثيرين. تبلغ قوة المجال الكهربائي في لحظة انهيار الصمام الثنائي zener حوالي 30 MV / m.

يحدث انهيار Zener diode في أشباه الموصلات من النوع p المشبعة بشكل معتدل وأشباه الموصلات من النوع n المشبعة بشكل كبير.عندما تزداد درجة حرارة الوصلة ، ينخفض ​​فصل الصمام الثنائي زينر وتزداد مساهمة انهيار الانهيار الجليدي.

تتميز ثنائيات زينر بالخصائص النموذجية التالية. Vz - جهد التثبيت. تحدد الوثائق قيمتين لهذه المعلمة: الحد الأقصى والحد الأدنى لجهد التثبيت. Iz هو الحد الأدنى من تيار الاستقرار. Zz هي مقاومة الصمام الثنائي زينر. Izk و Zzk - المقاومة الحالية والديناميكية في التيار المباشر. Ir و Vr هما الحد الأقصى لتيار التسرب والجهد عند درجة حرارة معينة. Tc هو معامل درجة الحرارة. Izrm - أقصى تيار استقرار للديود زينر.

تستخدم ثنائيات زينر على نطاق واسع كعناصر استقرار مستقلة ، بالإضافة إلى مصادر الفولتية المرجعية (الفولتية المرجعية) في مثبتات الترانزستور.

للحصول على جهد مرجعي صغير ، يتم أيضًا تشغيل ثنائيات زينر في الاتجاه الأمامي ، مثل الثنائيات العادية ، ثم يكون جهد التثبيت في صمام زينر واحد 0.7 - 0.8 فولت.

عادةً ما تكون الطاقة القصوى التي يتبددها جسم الصمام الثنائي زينر في حدود 0.125 إلى 1 واط. هذا ، كقاعدة عامة ، كافٍ للتشغيل العادي للدوائر الواقية ضد ضوضاء الاندفاع ولإنشاء مثبتات منخفضة الطاقة.