دیود زنر یک نوع دیود خاص با ویژگی های منحصر به فرد است و این رفتار منحصر به فرد، کاربردهای متنوعی را برای دیودهای زنر در مدارات الکترونیکی ایجاد کرده است. در این مقاله به تعریف دیود زنر، نحوه عملکرد و اصول کاری دیود زنر و ویژگی‌ها و کاربردهای متنوع آن خواهیم پرداخت.
بیشتر بخوانید: دیود چیست؟
دیود زنر چیست؟
دیود زنر نوعی از دیود است که در وضعیت بایاس معکوس و در ناحیه زنری در نمودار مشخصه ولتاژ–جریان خود عمل می کند. همانطور که می دانیم، دیودهای معمولی به گونه ای طراحی می شوند که جریان را در جهت مستقیم از خود عبور داده و در جهت معکوس مانع عبور آن می شوند. در حالیکه دیودهای زنر به گونه ای طراحی می شوند که وقتی ولتاژ معکوس در آنها از یک آستانه مشخص بالاتر برود، ولتاژ خروجی آن ها به صورت یک ولتاژ تقریبا ثابت حفظ می شود.
نحوه عملکرد دیود زنر
هنگامی که دیود زنر بایاس معکوس می شود (یعنی ترمینال مثبت منبع تغذیه به کاتد دیود و ترمینال منفی منبع تغذیه به آند دیود زنر متصل می شود) دیود در ناحیه زنری کار خواهد کرد و جریان نشتی بسیار کمی خواهد داشت. در این حالت، یک ولتاژ ثابت بر روی دیود زنر خواهیم داشت. این ولتاژ بسته به نوع دیود زنر و دیتاشیت آن می تواند عدد مختلفی باشد. به طور مثال دیود زنر 1.5 ولتی، در ناحیه زنری و در بایاس معکوس، دارای ولتاژی ثابت تقریبا برابر با 1.5 ولت خواهد بود. این رفتار در واقع به نوعی تنظیم ولتاژ دیود زنر می باشد، چون با تغییر ولتاژ مدار، ولتاژ دیود زنر همواره ثابت خواهد بود. دیودهای زنر در طیف وسیعی از ولتاژهای شکست، معمولاً از چند ولت تا چند صد ولت در دسترس هستند که به مهندسان این امکان را می دهد تا دیود مناسب را بر اساس نیاز خود انتخاب کنند. در شکل زیر، منحنی مشخصه دیود زنر مشاهده می شود:
کاربرد دیود زنر
دیودهای زنر کاربردهای متنوعی در الکترونیک دارند که در ادامه به مهم ترین آن ها اشاره شده است:
1) تنظیم ولتاژ
دیودهای زنر به طور گسترده برای کاربرد تنظیم ولتاژ مدارات تغذیه خطی و سوئیچینگ مورد استفاده قرار می گیرند. با اتصال یک دیود زنر به صورت موازی با بار و یا مدارات کنترلی، دیود زنر بدون توجه به نوسانات ولتاژ ورودی، ولتاژ ثابتی را بر روی خود نگه می دارد که موجب استفاده از این دیودها در منابع تغذیه، شارژرهای باتری و تثبیت کننده های ولتاژ شده است.
2) حفاظت در برابر اضافه ولتاژ
دیودهای زنر به عنوان قطعات حیاتی برای محافظت از قطعات الکترونیکی حساس در مقابل شرایط اضافه ولتاژ استفاده می شوند. با اتصال یک دیود زنر به صورت موازی با پایانه های ورودی مدار، این دیود به عنوان یک محدود کننده ولتاژ عمل کرده و از عبور ولتاژ از آستانه مجاز جلوگیری می کند.
3) مرجع ولتاژ
دیودهای زنر معمولاً به عنوان یک مرجع ولتاژ پایدار در مدارهای الکترونیکی مختلف استفاده می شوند. با استفاده از دیود زنر با ولتاژ شکست معلوم (ولتاژ زنر مشخص)، می توان یک ولتاژ مرجع برای اندازه گیری های دقیق برای کاربردهای تبدیل آنالوگ به دیجیتال و اهداف کالیبراسیون ایجاد کرد.
4) مدارات نوسان ساز و تولید شکل موج
دیودهای زنر را می توان در ترکیب با اجزای دیگر برای ایجاد نوسانات و شکل موج‌های مشخصی استفاده کرد. با ترکیب یک دیود زنر در بخش فیدبک یک مدار نوسان ساز، می توان شکل موج های پایدار و مشخص را تولید نمود.
در نتیجه، دیودهای زنر قطعات الکترونیکی پر کاربردی هستند که نقش اساسی در فناوری های مدرن پیدا می کنند. توانایی این دیودها در تنظیم ولتاژ، حفاظت از اضافه ولتاژ، عملکرد به عنوان مرجع ولتاژ، محدود کننده سیگنال و کمک به تولید انواع شکل موج ها، استفاده از این دیودها را در بسیاری از سیستم های الکترونیکی ضروری می سازد. با ادامه پیشرفت فناوری، دیودهای زنر بدون شک نقش مهمی در تضمین عملکرد کارآمد و قابل اطمینان دستگاه‌ها و مدارهای الکترونیکی مختلف ایفا خواهند نمود.
جمع بندی
در این مقاله، در مورد دیود زنر، ویژگی ها و نحوه عملکرد آن ها در مدار صحبت شد و در نهایت کاربرد این قطعات مهم در انواع مدارات از جمله مدارات تغذیه و سوئیچینگ به طور کامل مورد بحث و بررسی قرار گرفت. تمامی موارد فوق را به صورت عملی همراه با نکات تجربی دیگر در مورد دیودها و انواع آنها و نکات عملی مربوط به هر کدام به طور کامل در دوره جامع آموزش الکترونیک بررسی کرده ایم.
در پایان، ممنون که همراه ما بودید. هر سوال یا ابهامی در مورد مطالب ارائه شده در این مقاله دارید حتما در کامنت ها بنویسید، به تمام سوالات پاسخ داده میشه. اگه انتقاد یا پیشنهادی هم داشتید ممنون میشم با ما در میان بزارید.
منابع: TTI Electronics Tutorials
