半導体ダイオードには多くの「職業」があります。電圧を整流し、電気回路を解き、不適切な電源から機器を保護することができます。しかし、一方向伝導の特性が非常に間接的に使用される場合、ダイオードの「仕事」の種類はあまり一般的ではありません。ノーマルモードが逆バイアスである半導体デバイスは、ツェナーダイオードと呼ばれます。
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ツェナーダイオードとは何ですか、どこで使用され、何ですか
ツェナーダイオード、またはツェナーダイオード（この半導体デバイスの特性を最初に研究して説明したアメリカの科学者にちなんで名付けられました）は、p-n接合を備えた従来のダイオードです。その特徴は、負のバイアスを持つ特性のセクション、つまり、電圧が逆極性で印加されたときの動作です。このようなダイオードは、負荷電流の変化や入力電圧の変動に関係なく、消費者電圧を一定に保つ独立したスタビライザーとして使用されます。また、ツェナーダイオードのノードは、開発された回路を備えた他のスタビライザーの基準電圧源として使用されます。あまり一般的ではありませんが、パルス整形素子またはサージプロテクタとして逆ダイオードが使用されます。
従来のツェナーダイオードと2アノードダイオードがあります。 2アノードツェナーダイオードは、1つのハウジングに背中合わせに接続された2つのダイオードです。適切なスキームに従って、2つの別々のデバイスに置き換えることができます。
ツェナーダイオードのボルトアンペア特性とその動作原理
ツェナーダイオードの動作原理を理解するには、その代表的な電流-電圧特性（CVC）を調べる必要があります。
従来のダイオードのように、ツェナーに順方向に電圧を印加すると、従来のダイオードのように動作します。約0.6Vの電圧（シリコンデバイスの場合）で、それは開き、I–V特性の線形セクションに入ります。この記事のトピックでは、逆極性の電圧が印加されたときのツェナーダイオードの動作がより興味深いものになります（特性の負の分岐）。まず、その抵抗が急激に増加し、デバイスは電流の流れを停止します。しかし、特定の電圧値に達すると、ブレークダウンと呼ばれる電流の急激な増加が発生します。雪崩性があり、電源を切ると消えます。逆電圧を上げ続けると、p-n接合が熱くなり始め、熱破壊モードに入ります。熱破壊は不可逆的であり、ツェナーダイオードの故障を意味するため、ダイオードをこのモードにしないでください。
アバランシェ降伏モードでの半導体デバイスの動作の興味深い領域。形状は直線に近く、急勾配があります。これは、電流の大きな変化（ΔI）では、ツェナーダイオードの両端の電圧降下の変化が比較的小さいことを意味します（ΔU）。そしてこれが安定化です。
逆電圧を印加するときのこの動作は、どのダイオードでも一般的です。ただし、ツェナーダイオードの特徴は、CVCのこのセクションのパラメータが正規化されていることです。その安定化電圧とスロープは（一定の広がりで）与えられ、回路内のデバイスの適合性を決定する重要なパラメータです。それらは参考書で見つけることができます。通常のダイオードはツェナーダイオードとしても使用できます。CVCを取り外すと、その中に適切な特性があります。しかし、これは長くて骨の折れるプロセスであり、結果は保証されません。
ツェナーダイオードの主な特徴
既存の目的でツェナーダイオードを選択するには、いくつかの重要なパラメータを知る必要があります。これらの特性により、タスクを解決するための選択したデバイスの適合性が決まります。
定格安定化電圧
選択するときに注意する必要があるツェナーの最初のパラメーターは、アバランシェ降伏の開始点によって決定される安定化電圧です。それは、回路で使用するデバイスの選択から始まります。通常のツェナーダイオードのさまざまなインスタンスでは、同じタイプであっても、電圧は数パーセントの範囲で広がります。精度の高いものでは、差は小さくなります。公称電圧が不明な場合は、簡単な回路を組み立てることで決定できます。準備する必要があります：
- バラスト抵抗器1...3 kOhm;
- 調整可能な電圧源;
- 電圧計（テスターを使用できます）。
電圧計を使用してツェナーダイオードの電圧上昇を制御し、電源の電圧をゼロから上げる必要があります。入力電圧がさらに上昇しても、ある時点で停止します。これが実際の安定化電圧です。安定化された電源がない場合は、安定化よりも明らかに高い一定の出力電圧の電源を使用できます。測定のスキームと原理は同じままです。ただし、過大な動作電流により半導体デバイスが故障する恐れがあります。
ツェナーダイオードは、2〜3 V〜200 Vの電圧で動作するために使用されます。この範囲未満の安定した電圧を形成するために、他のデバイスが使用されます。CVCの直接セクションで動作するスタビスタです。
動作電流範囲
ツェナーダイオードがその機能を実行する電流は、上下から制限されます。下から、それはCVCの逆分岐の線形セクションの始まりによって制限されます。より低い電流では、特性は定電圧モードを提供しません。
上限値は、半導体デバイスが可能な最大消費電力によって制限され、その設計によって異なります。金属ケースのツェナーダイオードは、より多くの電流を流すように設計されていますが、ヒートシンクの使用を忘れないでください。それらがないと、最大許容消費電力は大幅に少なくなります。
微分抵抗
ツェナーダイオードの動作を決定するもう1つのパラメータは、差動抵抗Rstです。これは、それを引き起こした電流変化ΔIに対する電圧変化ΔUの比率として定義されます。この値には抵抗の寸法があり、オームで測定されます。グラフィカルに、これは特性の作業セクションの勾配の接線です。明らかに、抵抗が低いほど、安定化の品質は高くなります。理想的な（実際には存在しない）ツェナーダイオードの場合、Rstはゼロに等しくなります。電流が増加しても電圧は変化せず、I–V特性セクションはy軸に平行になります。
ツェナーダイオードマーキング
金属ケースに入った国産および輸入のツェナーダイオードは、簡単かつ明確にマークされています。それらは、回路図の形でデバイスの名前とアノードとカソードの位置でマークされています。
プラスチックケースに入ったデバイスは、カソード側とアノード側にさまざまな色のリングとドットでマークされています。色と文字の組み合わせによって、デバイスの種類を判断できますが、そのためには、参考書を調べるか、電卓プログラムを使用する必要があります。どちらもインターネットで見つけることができます。
低電力ツェナーダイオードに安定化電圧が印加されることがあります。
ツェナーダイオードスイッチング回路
ツェナーダイオードをオンにするための主回路は、 抵抗器、半導体デバイスを流れる電流を設定し、過剰な電圧を引き受けます。 2つの要素が作る 公約数。入力電圧が変化しても、ツェナーダイオードの両端の電圧降下は一定のままですが、抵抗の両端の電圧降下は変化します。
このような回路は独立して使用でき、パラメトリックスタビライザーと呼ばれます。入力電圧または引き出される電流の変動にもかかわらず（特定の制限内で）、負荷電圧を一定に維持します。同様のブロックは、基準電圧源が必要な補助回路としても使用されます。
このような包含は、電力または測定ラインでの高電圧の異常な発生（一定またはランダムなインパルス）からの敏感な機器（センサーなど）の保護としても使用されます。半導体デバイスの安定化電圧を超えるものはすべて「遮断」されます。このような方式は「ツェナーバリア」と呼ばれます。
以前は、電圧ピークを「遮断」するツェナーダイオードの特性は、パルス整形回路で広く使用されていました。交流回路には2アノードデバイスが使用されました。
しかし、トランジスタ技術の開発と集積回路の出現により、この原理はめったに使用されませんでした。
目的の電圧に対応するツェナーダイオードが手元にない場合は、2つで構成できます。安定化電圧の合計は、2つの電圧の合計に等しくなります。
重要！ 動作電流を増やすためにツェナーダイオードを並列に接続しないでください。電流-電圧特性の広がりにより、1つのツェナーダイオードが熱破壊ゾーンに出力され、2番目のツェナーダイオードは負荷電流の超過により故障します。
ソ連の時代の技術文書では許可されていますが 平行 インクルージョン ツェナーは並列ですが、デバイスは同じタイプである必要があり、動作中の実際の総消費電力は、単一のツェナーダイオードの許容値を超えてはなりません。つまり、この状態での動作電流の増加は達成できません。
許容負荷電流を増やすために、別のスキームが使用されます。パラメトリックスタビライザーにはトランジスタが追加されており、エミッタフォロワはエミッタ回路の負荷と安定したもので得られます。 トランジスタベース電圧.
この場合、スタビライザーの出力電圧は、エミッタ接合での電圧降下の量によって安定化よりも低くなります-シリコントランジスタの場合、約0.6 Vです。この低下を補うために、ダイオードを直列にオンにすることができます。順方向のツェナーダイオード。
このように（1つまたは複数のダイオードをオンにすることにより）、スタビライザーの出力電圧を小さな範囲内で上方に調整できます。 Uoutを大幅に増やす必要がある場合は、直列にもう1つのツェナーダイオードをオンにすることをお勧めします。
電子回路のツェナーダイオードの範囲は広範です。選択に対する意識的なアプローチにより、この半導体デバイスは、開発者に割り当てられた多くの問題を解決するのに役立ちます。
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