Dioda Zenera
Problem - Dioda Zenera
Potrzebujesz diody, która będzie przepuszczać jedynie napięcia do określonej wartości.
Rozwiązanie
Użyj diody Zenera.
W polaryzacji w kierunku przewodzenia dioda Zenera zachowuje się tak jak zwyczajna dioda, czyli po prostu przewodzi. Przy polaryzacji w kierunku zaporowym, przy niskim napięciu, również zachowuje się jak normalna dioda i utrzymuje wysoką rezystancję. Jeżeli jednak napięcie przekroczy określony poziom w kierunku zaporowym (nazywa się ono napięciem przebicia), to dioda Zenera nagle zaczyna przewodzić tak, jakby została spolaryzowana w kierunku przewodzenia.
Co ważne, zwyczajne diody zachowują się dokładnie tak samo jak diody Zenera, choć zaczynają przewodzić w kierunku zaporowym dopiero przy wysokim napięciu, a nie napięciu starannie dobranym przy ich projektowaniu. Różnica polega na tym, że dioda Zenera została specjalnie zbudowana w ten sposób, by wykorzystać efekt przebicia w kierunku zaporowym (na przykład przy napięciu 5 V) i żeby mogła takie przebicie przetrwać bez szwanku.
Opis - Dioda Zenera
Diody Zenera przydają się do generowania napięcia referencyjnego (spójrz na schemat z rysunku 4.5). Zauważ, że symbol diody Zenera nieco różni się od symbolu zwyczajnej diody.
Rysunek 4.5. Użycie diody Zenera do generowania napięcia referencyjnego
Rezystor R ogranicza przepływ prądu przez diodę Zenera. Zakłada się, że natężenie prądu będzie wtedy znacznie większe od natężenie prądu płynącego przez odbiornik podłączony równolegle z diodą Zenera.
Taki układ nadaje się wyłącznie do generowania napięcia referencyjnego. Źródło takiego napięcia musi być stabilne, ale przy minimalnym prądzie obciążenia. Można je wykorzystać na przykład w połączeniu z tranzystorem, tak jak w przepisie 7.4. Powiedzmy, że rezystor o wartości 1 kΩ przy napięciu wejściowym wynoszącym 12 V pozwoli na przepływ prądu o natężeniu:
Napięcie wyjściowe będzie miało wartość około 5 V, niezależnie od wartości napięcia wejściowego, pod warunkiem że to będzie większe niż 5 V. Jak to możliwe? Wyobraź sobie, że napięcie na diodzie Zenera jest mniejsze niż jej napięcie przebicia, wynoszące 5 V. W takiej sytuacji wysoka rezystancja diody Zenera spowoduje też odłożenie się na niej większości napięcia wejściowego, co wynika z działania podzielnika napięcia tworzonego przez diodę i rezystor. Może się wtedy okazać, że napięcie na diodzie stanie się wyższe od napięcia przebicia, a to oznacza, że dioda zacznie przewodzić, przez co zmniejszy napięcie wyjściowe do wartości 5 V. Jeżeli napięcie spadnie poniżej tej wartości, dioda się wyłączy i napięcie wyjściowe znowu wzrośnie.
Diody Zenera są używane również do ochrony wrażliwych elementów elektronicznych przed skokami napięcia powstałymi w wyniku wyładowań elektrostatycznych albo nieprawidłowego podłączenia innych urządzeń. Na rysunku 4.6 możesz zobaczyć, jak chronione jest wejście wzmacniacza, który nie może przyjąć napięć przekraczających ±10 V. Jeżeli napięcie wejściowe będzie mieścić się w dozwolonym zakresie, to diody Zenera będą miały wysoką rezystancję i nie będą wpływały na sygnał, ale gdy tylko napięcie zostanie przekroczone w dowolnym kierunku, to jedna z diod zacznie przewodzić i połączy zbyt wysokie napięcie do masy.
Rysunek 4.6. Ochrona wejścia przed przepięciami
Zobacz również
Co prawda lepiej jest wykorzystać specjalny układ regulatora napięcia, ale czasem można użyć diody Zenera w połączeniu z rezystorem.
