دیودها انواع گوناگون با کاربردهای متنوعی دارند که یکی از مهمترین آن ها دیود زنر است.

این دیود نوع خاصی از دیود است که برخلاف دیود های عادی جریان را در دو جهت عبور می دهد و
این موضوع علتی است برای پر استفاده شدن این قطعه در مدارهای الکترونیکی.

در این مقاله و با مشاهده ویدیو با هم بررسی می کنیم که این نوه دیود چه ویژگی ها و کاربردهایی دارد.

1- دیود زنر چیست؟

دیود زنر یک وسیله نیمه هادی سیلیکونی است که به جریان اجازه می دهد رو به جلو و یا در جهت برعکس حرکت کند.

دانلود ویدیو دانلود pdf مقاله

دیود زنر هم مثل یک دیود نیمه هادی عادی جهت جریان را به یک سمت هدایت می کند اما
خصوصیت منحصر به فرد آن این است که وقتی ولتاژ به یک مقدار مشخص (ولتاژ شکست) میرسد به
جریان اجازه می دهد که در جهت معکوس حرکت کند.

این دیود در سال 1915 توسط کلارنس زنر کشف شد. به همین دلیل این نام را برای آن انتخاب کردند.

مخترع دیود زنر

2- ساختار دیود زنر

عموما دیودها از دو نیمه هادی ساخته می شوند که با فرایندهای اتمی به نیمه هادی های دارای ناخالصی تبدیل شده اند.

به هر یک از نیمه هادی ها ناحیه N و P گفته می شود که
نیمه رسانای p شامل جای خالی الکترون است که به تعبیری بار مثبت دارد و به آن حفره گفته می شود و
نیمه رسانای n دارای الکترون اضافه است.

این دو نیمه رسانا به هم متصل می شوند و یک پیوند PN یا PN jnction را تشکیل می دهند.

طراحی دیودهای زنر هم مانند دیودهای معمولی از یک پیوند PN است با این تفاوت که ناخالصی های موجود در ناحیه ها بسیار بیشتر است.

به همین دلیل ناحیه تهی و یا تخلیه در این دیودها عرض بسیار کمی دارد و
با اعمال اندکی ولتاژ منفی قابل شکسته شدن است.

این دیودها به طور کلی به گونه ای طراحی شده اند که درحالت بایاس معکوس کار کنند تا
در ولتاژ شکست، جریان معکوس ایجاد کنند تا ولتاژ پایدار داشته باشیم.

مقدار ولتاژ شکست وابسته به عرض ناحیه تهی است که
براساس میزان ناخالصی موجود در نیمه هادی ها متفاوت است.

همان طور که در نمودار زیر می بینید، بعد از اینکه ولتاژ شکست به دیود زنر اعمال شود، مقدار جریان از (Iz(min تا (Iz(max تغییر چندانی ندارد و
تقریبا مقدار آن ثابت در نظر گرفته می شود و در ولتاژ ثابت شکست این مقدار جریان در مدار دیود جاری خواهد شد.

بایاس معکوس- دیود زنر چیست

ولتاژ زنر به نام های دیگری مانند موارد زیر شناخته می شود:

  • ولتاژ شکست
  • ولتاژ زانویی

3- بایاس مستقیم دیود زنر

دیود زنر هم همانند دیودهای معمولی در بایاس مستقیم عمل می کند.

به این صورت که اگر سر مثبت منبع تغذیه به سر مثبت دیود (آند) و سر منفی منبع به سر منفی دیود (کاتد) متصل شوند،
این دیود تنها جریان را در جهت معمول از آند به کاتد خودش عبور خواهد داد.

4- بایاس معکوس دیود زنر

برخلاف دیودهای معمولی که در ناحیه بایاس معکس ولتاژ شکست آسیب می بینند، دیود زنر در این شرایط کار می کند.

این را هم ببینید
ساختار دیود و انواع مهم آن

بایاس معکوس زمانی رخ می دهد که این دیود ها به صورت موازی به یک منبع ولتاژ متغیر متصل می‌شوند و
سرهای این دیود و منبع به صورت نامتقارن (مثبت منبع به منفی دیود و بلعکس) متصل است.

وقتی دیود در شرایط بایاس معکوس قرار می گیرد، تا زمانی که
ولتاز دو سر آن از میزان نوشته شده روی دیود بیشتر نشود، دیود نمی تواند جریان را عبور دهد.

وقتی ولتاژ به ولتاژ معکوس شکست دیود برسد، این دیود جریان را هدایت می کنند.

ساختار دیود بهمنی (Avalanche) هم شبیه به این نوع دیود است.

تفاوت دیود بهمنی و دیود زنر چیست

این دیودها طراحی شدند که در یک ولتاژ بایاس معکوس مشخص عمل کنند و
هم چنین بهینه شده اند تا این کار را با توجه به مقدار کم اما معنی دار افت ولتاژ، در شرایط شکست مد نظر شما، انجام دهند.

5- کاربرد دیود زنر

چون افت ولتاژ معمولا در این دیود ثابت است، این دیود ها برای تنظیم ولتاژ استفاده می شوند.

دیود زنر چیست

از کاربردهای اصلی دیود زنر می توان به موارد زیر اشاره کرد:

برش دهنده شکل موج (Waveform clipper)

اگر در سر راه یک منبع تغذیه متناوب، دو دیود زنر را پشت به پشت هم مطابق شکل زیر ببندیم،

برش شکل موج با دیود زنر

شکل موج ولتاژ دو سر آن در نقاط ولتاژ شکست دیودها برش خورده و
قله های موج ورودی به مدار حذف می شود.

در شکل زیر خروجی این مدار را می بینید.

شکل موج بریده شده

از این روش علاوه بر تغییر شکل موج یک منبع، برای حذف قله های ناخواسته ایجاد در ورودی یک مدار استفاده می شود.

رگولاتور ولتاژ (Voltage regulator)

در مدارهای تنظیم کننده ولتاژ (مثل رگولاتور خطی) از دیود زنر به عنوان تثبیت کننده مقدار ولتاژ استفاده می شود.

رگولاتور ولتاژ با دیود زنر

که خروجی این مدار به شکل زیر است.

خروجی رگولاتور با زنر

شیفت دهنده ولتاژ (Voltage shifter)

یکی دیگر از کاربردهای مهم، استفاده از آن برای شیفت دادن مقدار ولتاژ های DC است.

به این صورت که مدارهای مقاومتی، با قرار دادن دیود زنر بر سر راه ورودی مدار، مقدار ولتاژ اعمال شده به مقاومت به اندازه ولتاژ شکست دیود تغییر پیدا می کند.

شیفت دهنده ولتاژ

و خروجی آن به این شکل خواهد بود.

خروجی ولتاژ شیفت یافته

مقاله بالا بخشی از بسته جامع آموزش الکترونیک (BEE) است.

ویدیوهای اصلی با کیفیت عالی (FullHD) هستند. برای مشاهده کامل بسته کلیک کنید.

مشاهده بسته الکترونیک
بسته الکترونیک

به آموزش الکترونیک علاقه مندم

اگر محتوای آموزشی الکترونیک را می پسندید برای دریافت آموزش های رایگان فرم را تکمیل کنید.

شماره موبایل پشتیبانی: ۰۹۰۱۷۰۳۹۳۲۹


نظرتون درباره این مقاله چیه؟
ما رو راهنمایی کنید تا اون رو کامل تر کنیم و نواقصش رو رفع کنیم.

توی بخش دیدگاه ها منتظر پیشنهادهای فوق العاده شما هستیم.