제너 다이오드는 역 바이어스 조건에서 작동하는 일반 PN 접합 다이오드입니다. 제너 다이오드의 작동은 포워딩 바이어스 상태에서 PN 접합 다이오드와 유사하지만 역방향 바이어스로 연결되어 임계 값 / 항복 전압을 초과하는 경우에도 전도 할 수 있다는 점이 독특합니다. 이들은 중 기본 유형의 다이오드 일반 다이오드를 제외하고 자주 사용됩니다.

제너 다이오드 작동

역 바이어스 상태의 반도체 다이오드

기억할 수 있다면, 간단한 PN 접합 다이오드는 p 형 반도체 재료와 n 형 반도체 재료의 조합으로 형성됩니다. 반도체 결정의 한면이 도너 불순물로 도핑되고 다른면이 억 셉터 불순물로 도핑되면 PN 접합이 형성됩니다.

편향되지 않은 반도체 다이오드

정상적인 조건에서 p 측의 정공은 저농도 영역으로 확산되는 경향이 있으며 n 측의 전자에 대해서도 동일한 일이 발생합니다.

따라서 정공은 n 측으로 확산되고 전자는 p 측으로 확산됩니다. 그 결과 접합부 주변에 전하가 축적되어 공핍 영역을 형성합니다.

편향되지 않은 반도체 다이오드

전기 극성 또는 전기 쌍극자가 접합부를 가로 질러 형성되어 n 측 상단에서 플럭스 흐름이 발생합니다. 그 결과 음의 전계 강도가 변하여 접합부 전체에 전위가 생성됩니다. 이 전위는 실제로 다이오드의 임계 전압이며 실리콘의 경우 약 0.6V, 게르마늄의 경우 0.2V입니다. 이것은 대다수 전하 캐리어의 흐름에 대한 잠재적 인 장벽 역할을하며 장치는 전도되지 않습니다.

이제 일반 다이오드가 바이어스되어 음의 전압이 n 측에, 양의 전압이 p 측에 적용되면 다이오드는 순방향 바이어스 상태라고합니다. 이인가 된 전압은 임계 전압을 초과 한 후 전위 장벽을 감소시키는 경향이 있습니다.

이 시점과 그 이후에 다수의 캐리어가 전위 장벽을 통과하고 장치는이를 통과하는 전류 흐름으로 전도를 시작합니다.

다이오드가 위와 반대 상태로 바이어스되면인가 된 전압이 전위 장벽에 추가되고 대다수 캐리어의 흐름을 방해합니다. 그러나 소수 캐리어 (n 형의 구멍과 p 형의 전자)의 흐름을 허용합니다. 이 역방향 바이어스 전압이 증가함에 따라 역방향 전류는 점차 증가하는 경향이 있습니다.

특정 지점 에서이 전압은 공핍 영역을 파괴하여 전류 흐름을 크게 증가시킵니다. 이것이 제너 다이오드가 작동하는 곳입니다.

제너 다이오드 작동의 원리

위에서 언급했듯이 제너 다이오드 작동의 기본 원리는 역 바이어스 상태에서 다이오드의 고장 원인에 있습니다. 일반적으로 Zener와 Avalanche의 두 가지 유형의 고장이 있습니다.

“차동 증폭기의 이득 ”

제너 다이오드 작동 원리

제너 고장

이러한 유형의 항복은 2 ~ 8V 사이의 역 바이어스 전압에서 발생합니다. 이 낮은 전압에서도 전기장 강도는 원자의 원자가 전자에 힘을 가하여 핵에서 분리되도록 충분히 강합니다. 이로 인해 모바일 전자-정공 쌍이 형성되어 장치 전체의 전류 흐름이 증가합니다. 이 필드의 대략적인 값은 약 2 * 10 ^ 7 V / m입니다.

이러한 유형의 고장은 일반적으로 고장 전압이 낮고 전기장이 더 큰 고농도 도핑 다이오드에서 발생합니다. 온도가 증가함에 따라 원자가 전자는 공유 결합을 방해하기 위해 더 많은 에너지를 얻고 더 적은 양의 외부 전압이 필요합니다. 따라서 제너 항복 전압은 온도에 따라 감소합니다.

눈사태 분석

이러한 유형의 항복은 8V 이상의 역 바이어스 전압에서 발생합니다. 항복 전압이 큰 저도 핑 다이오드에서 발생합니다. 소수 전하 캐리어 (전자)가 장치를 가로 질러 흐르면 공유 결합에서 전자와 충돌하여 공유 결합이 파괴되는 경향이 있습니다. 전압이 증가하면 전자의 운동 에너지 (속도)도 증가하고 공유 결합이 더 쉽게 파괴되어 전자-정공 쌍이 증가합니다. 눈사태 항복 전압은 온도에 따라 증가합니다.

3 제너 다이오드 애플리케이션

1. 전압으로서의 제너 다이오드

DC 회로에서 제너 다이오드는 전압 조정기로 사용되거나 전압 레퍼런스를 제공 할 수 있습니다. 제너 다이오드의 주요 용도는 제너 다이오드의 전압이 전류의 더 큰 변화에 대해 일정하게 유지된다는 사실에 있습니다. 이를 통해 제너 다이오드를 정전압 장치 또는 전압 조정기로 사용할 수 있습니다.

어떤 전원 회로 , 레귤레이터는 입력 전압의 변동이나 부하 전류의 변동에 관계없이 일정한 출력 (부하) 전압을 제공하는 데 사용됩니다. 입력 전압의 변화를 라인 레귤레이션이라고하고 부하 전류의 변화를로드 레귤레이션이라고합니다.

전압 조정기로서의 제너 다이오드

제너 다이오드를 레귤레이터로 사용하는 간단한 회로에는 입력 전압 소스와 직렬로 연결된 낮은 값의 저항이 필요합니다. 병렬로 연결된 다이오드를 통해 최대 전류 흐름을 허용하려면 낮은 값이 필요합니다. 그러나 유일한 제약은 제너 다이오드를 통과하는 전류가 최소 제너 다이오드 전류보다 작아서는 안된다는 것입니다. 간단히 말해, 최소 입력 전압과 최대 부하 전류의 경우 제너 다이오드 전류는 항상 I이어야합니다._zmin.

제너 다이오드를 사용하여 전압 조정기를 설계하는 동안 후자는 최대 정격 전력과 관련하여 선택됩니다. 즉, 장치를 통과하는 최대 전류는 다음과 같아야합니다.

나는_최대= 전원 / 제너 전압

입력 전압과 필요한 출력 전압을 알고 있기 때문에 전압이 부하 전압과 거의 동일한 제너 다이오드를 선택하는 것이 더 쉽습니다 (예 : Vz ~ = V)._또는.

직렬 저항의 값은

“울타리 충전기가 있는 충격적인 물고기 ”

R = (V_에- V_와)/(나는_zmin+ 나_엘), 내가_엘= 부하 전압 / 부하 저항.

최대 8V의 부하 전압에 대해 단일 제너 다이오드를 사용할 수 있습니다. 그러나 8V를 초과하는 부하 전압의 경우 더 높은 전압 값의 제너 전압이 필요한 경우 제너 다이오드와 직렬로 순방향 바이어스 다이오드를 사용하는 것이 좋습니다. 이는 더 높은 전압의 제너 다이오드가 계수의 양의 온도를 갖는 눈사태 항복 원리를 따르기 때문입니다.

따라서 음의 온도 계수 다이오드가 보상에 사용됩니다. 물론 요즘에는 실용적인 온도 보상 제너 다이오드가 사용됩니다.

2. 전압 레퍼런스로서의 제너 다이오드

전압 레퍼런스로서의 제너 다이오드

전원 공급 장치 및 기타 여러 회로에서 제너 다이오드는 정전압 공급자 또는 전압 레퍼런스로 응용 분야를 찾습니다. 유일한 조건은 입력 전압이 제너 전압보다 커야하고 직렬 저항은 최대 전류가 장치를 통해 흐르도록 최소값을 가져야한다는 것입니다.

3. 전압 클램퍼로서의 제너 다이오드

AC 입력 소스를 포함하는 회로에서 정상과 다른 PN 다이오드 클램핑 회로 , 제너 다이오드도 사용할 수 있습니다. 다이오드를 사용하여 출력 전압의 피크를 한 쪽에서는 제너 전압으로 제한하고 정현파 파형의 다른 쪽에서는 약 0V로 제한 할 수 있습니다.

“2상 전력이란 무엇입니까 ”

전압 클램퍼로서의 제너 다이오드

위의 회로에서 포지티브 하프 사이클 동안 입력 전압이 제너 다이오드가 역 바이어스되는 정도이면 출력 전압은 전압이 감소하기 시작할 때까지 일정 시간 동안 일정합니다.

이제 네거티브 하프 사이클 동안 제너 다이오드는 포워딩 바이어스 연결 상태입니다. 음의 전압이 포워딩 임계 전압으로 증가함에 따라 다이오드는 전도를 시작하고 출력 전압의 음의 측은 임계 전압으로 제한됩니다.

양의 범위에서만 출력 전압을 얻으려면 두 개의 반대 방향으로 바이어스 된 제너 다이오드를 직렬로 사용하십시오.

제너 다이오드의 작동 응용

스마트 폰의 인기가 높아지면서 안드로이드 기반 프로젝트 요즘 선호되고 있습니다. 이러한 프로젝트에는 블루투스 기술 기반 장치. 이러한 Bluetooth 장치는 작동을 위해 약 3V 전압이 필요합니다. 이러한 경우 제너 다이오드를 사용하여 Bluetooth 장치에 대한 3V 참조를 제공합니다.

블루투스 장치와 관련된 제너 다이오드의 작동 응용

또 다른 응용 분야는 전압 조정기로 제너 다이오드를 사용하는 것입니다. 여기서 AC 전압은 다이오드 D1에 의해 정류되고 커패시터에 의해 필터링됩니다. 이 필터링 된 DC 전압은 다이오드에 의해 조절되어 15V의 일정한 기준 전압을 제공합니다. 이 조정 된 DC 전압은에서와 같이 빛의 스위칭을 제어하는 데 사용되는 제어 회로를 구동하는 데 사용됩니다. 자동 조명 제어 시스템.